Kiegészítés a középszintű biológia érettségihez

Átírás

1 Kiegészítés a középszintű biológia érettségihez 4.2. Kültakaró (2. B) A mozgás (3. B) vázrendszer izomrendszer A táplálkozás (4. B; 5. B) A légzés (7. B) Az anyagszállítás (8. B) A kiválasztás (6. B) A szabályozás idegrendszer a hormonrendszer az immunrendszer 23 Védőoltások Egyed alatti szerveződési szint Szervetlen és szerves alkotóelemek szervetlen molekulák 25 Szerves molekulák Sejtalkotók (az eukarióta sejtben) Öröklődés, változékonyság, evolúció Molekuláris genetika Mendeli genetika 31 Példák mennyiségi jellegek A mutáció Egyed feletti szerveződési szintek Populáció Életközösségek (társulások) Bioszféra Ökoszisztéma Öröklődés, változékonyság, evolúció Populációgenetika és evolúciós folyamatok 42 Az evolúció bizonyítékai A bioszféra evolúciója 45 A rendszerezés alapjai 47 A biológiai szerveződés 47 Sejtes szerkezet nélküliek- A vírusok 47 Sejtes szerkezetűek Prokarióták országa 48 Baktériumok törzse 48 A szaporodás 49 A baktériumok jelentősége 49 A baktériumok által okozott megbetegedések 49 Védekezés a baktériumos megbetegedés ellen 49 Sejtes szerkezetűek egysejtű eukarióták 49 Többsejtű eukarióta szervezetek 50 Szerveződési formák 50 Az állati sejt és a főbb szövettípusok jellemzői 50 A sejt részei és szerepük 50 Az állatok szövetei 50 Az állatok, mint heterotróf szervezetek 51 A kültakaró 51 A váz és mozgásrendszer 52 A táplálkozás szervrendszere 52 A légzés szervrendszere 53 Az állatvilág önreprodukciója 53 Az állatvilág önszabályozása 54 Az állatok örökölt magatartása 55 Az állatok tanult magatartása 55 Viselkedési típusok 55 Az állatok kommunikációja 55 Az állatok létfenntartó viselkedése 56 Az állatok társas viselkedése 56 Az állatok szexuális viselkedése 56 A növények és anyagcseréjük 56 A növényi test szerveződése 57 A fotoszintetizálók szerveződési szintjei 57 A növényi szövetek 57 A növények szervei 57 Létfenntartó szervek 57 A növények ivaros szaporodása 57 A növények ivartalan szaporodása 58 Ivartalan szaporítási módok: 58 A növények rendszertani csoportjai 58 A gombák teste és életműködése 59 Gyakorlati jelentőségük 59 A zuzmók 59

2 4.2. Kültakaró (2. B) 1/ Kültakaró (2. B) 1. _ A bőr keresztmetszetének vázlata Az emberi bőr a szervezetünk első védelmi rendszere. Három réteg építi fel: hám, irha, bőralja. Szerepe: elhatárolás, kapcsolatteremtés. Többrétegű elszarusodó laphámjának mélyebb rétege az élőhám. Ezek a sejtek állandó osztódással termelik az újabb és újabb sejteket, melyek kifelé tolódva egyre távolabb kerülnek a hám alatt található irharétegtől, ami a lassú pusztulásukhoz vezet (elszarusodó réteggé válnak). E folyamat közben ellaposodnak, és a védelmet biztosító szaru halmozódik fel bennük, végül pedig lekopnak. Az élőhám sejtjei UV-sugárzás hatására sötét színű festéket (melanint) termelnek, mely védi a sugárzástól az élőhám alatti sejteket. Az elszarusodó hám sejtjei szoros záródásukkal, a felszaporodó szaruval megakadályozzák a kórokozók behatolását, de védenek a savak és a lúgok ellen is. A bőr középső rétege az irha. Alapja lazarostos kötőszövet, melyben számtalan vérér található. Ezek a tápanyagellátás mellett a hőszabályozásban is nélkülözhetetlenek. Az irhában szőrtüszőket találunk. A bőrből kiemelkedő, elszarusodó hámsejtekből felépülő szőrszálat az erekkel körülvett szőrhagyma képezi. Melynek anyaga elsősorban egy fehérje, a keratin. A szőrtüszőbe nyílnak a faggyúmirigyek, melyek zsíros váladékukkal védik, fényezik a szőrszálat. A szőrtüszőhöz simaizmok kapcsolódnak (szőrmerevítő izmok). A verejtékmirigy egyszerű csöves, külső elválasztású mirigy a vérből vizet, ionokat, sót kismolekulájú szerves anyagokat is kiválaszt, melyet a bőr felszínére ürít. Azzal, hogy a leadott víz elpárolgása jelentős mennyiségű hőt von el a testtől, fontos szerepet játszik a szervezet hőszabályozásában. A hámban, és főleg az irhában mechanikai és hőreceptorok találhatók. A bőr minden részében találhatunk fájdalomérzékelő szabad idegvéződéseket. A bőralja lazarostos kötőszövetében több-kevesebb zsírszövetet találunk. A bőralja feladata a tápanyagok és a zsírban oldódó vitaminok raktározása, valamint a mechanikai és a hővédelem.

3 4.3. A mozgás (3. B) vázrendszer 2/ A mozgás (3. B) vázrendszer A csontváz biológiai funkciói: a mozgási szervrendszer passzív része (kedvező ingerek felkeresése, kedvezőtlenek elkerülése), az egész test alakját adja, mechanikai védelem, szivacsos állományban vörös csontvelő vérképzés. 2. _A gerincoszlop tájékai Magyarázza a gerincoszlop kettős S alakját Az emberi gerincoszlop jellegzetes alakja az egyedi élet során fokozatosan alakul ki. Születéskor csak a keresztcsonti görbület van meg, a többi a kialakulás sorrendjében: nyaki görbület a fejtartással, háti görbület az üléssel, ágyéki görbület a járással alakul ki. 3. _A mellkas felépítése 4. _Az agykoponya és az arckoponya csontjai Az arcüreg szerepe: elősegíti (a homloküreggel és az ékcsonti üreggel) az orron áthaladó levegő melegítését, párásítását. A csont kémiai összetétele: a csontnak nagyon keménynek és szilárdnak, ugyanakkor rugalmasnak kell lennie. A csontba beépült szervetlen kalciumfoszfát adja a keménységet, a szerves anyagok pedig a rugalmasságot biztosítják. Főleg idősebb korban bekövetkező csontrendszeri betegség a csontritkulás. Csökken a csontok szervetlen anyag tartalma, sűrűsége, és ezért azok elgyengülnek. A csontsűrűség harmincéves korunkig nő, ezt követően lassan csökkenni kezd. Ha a szervezet nem jut elég ásványi anyaghoz (Ca 2+, PO 3-4 ), vagy az anyagcseréje rosszul szabályozott, a csontok egyre törékenyebbek lesznek. Alak és felépítés szerint megkülönböztetünk csöves és lapos csontokat. Mindkettő fő tömegét a tömör csontállomány alkotja. Belül található a szivacsos állomány, mely az erőhatásoknak megfelelően kialakuló és elrendeződő csontlemezekből épül fel. A csontgerendák jelentősen fokozzák a csont teherbíró képességét. A lapos csontok belső terét teljesen kitölti a szivacsos állomány, a csöves csontoknak csak a végein lehet megtalálni. A csöves csontok nevüket a csont középső részén lévő csontüregről kapták, melyet a sárga csontvelő tölt ki.

4 4.3. A mozgás (3. B) izomrendszer 3/60 5. _Hosszú csöves csont (combcsont) szerkezete 6. _A csigolya részei A gerincoszlop csigolyákból áll (32-37 db). Az egymás feletti csigolyák izületi nyúlványokon keresztül kapcsolódnak egymáshoz, közöttük porckorongok vannak. A tömör csigolyatestről hátrafelé a csigolyaív található, rajta izületi-, haránt-, és tövisnyúlvány van. A csigolyaív zárja körül a csigolya-lyukat, ezek egymás felett adják a gerinccsatornát, ez védi a gerincvelőt, melynek idegei két csigolya között lépnek ki a csatornából. 7. _Az izület vázlatos felépítése 8. _A gerincesek ötujjú végtagtípusának csontjai A csontkapcsolatok csoportosítása Folyamatos Megszakított Merev Félmerev Mozgékony Összenövés Varratos Porcos Ízületes medencecsont, koponyacsontok csigolyatestek között, keresztcsont, (kivéve az állkapocscsontot) a szegycsont és a bordák szegycsont között izomrendszer 9. _A vázizom felépítés ujjpercek között, csuklóízület, vállízület, csípőízület Koponya izmai gyűrű alakú záróizmok testnyílásoknál (száj és szem körül), mimikai izmok Nyak izmai: fejbiccentő izom, csuklyás izom a fej egyensúlyozását és mozgatását biztosítják. Törzs izmai: testünk felületén helyezkednek el, kivéve rekeszizom. bordaközi izmok, mellizom, hasizmok törzs és végtagok mozgatása (légzés bordaközi izmok, rekeszizom), gát izmok a medencét alulról zárják, közreműködnek az ürítési funkciók akaratlagos szabályozásában, a szülésben, a szexualitásban és alátámasztják a hasűri szerveket. Végtagok hajlító- és feszítő izmai a felső végtagon a feszítőizmok vannak kívül, a hajlítók pedig belül; az alsó végtagon a feszítők vannak elől, a hajlítók pedig hátul. A vázizmok akaratlagos mozgásai agykérgi funkciókhoz kötöttek.

5 4.3. A mozgás (3. B) izomrendszer 4/60 Ismertesse miért fontos a bemelegítés A szervezet nyugalmi állapotban, vagy kis intenzitású mozgástevékenység közben teljesítőképességének alig egy harmadát használja ki. Ilyenkor a szív ritkábban húzódik össze, a vérkeringés csökkent mértékű, a légzés felszínes. Az izmok, izületek merevek, hidegek, korlátozott mozgás-kiterjedésűek, vérellátásuk nem megfelelő. Az idegrendszeri irányító központok és a perifériás idegek (a végtagokban lévők) kevésbé ingerelhetők. A szervezet ilyen állapotban károsodás nélkül, nagy intenzitású mozgástevékenységre nem képes. A bemelegítés hiánya teljesítménykorlátozó tényező, mert az ideg-izom tevékenység, az izomkoordináció alacsonyszintű. Ez hibás gyakorlat-végrehajtásban nyilvánul meg, szélsőséges esetben izomrostok, izületi szalagok szakadásához, különböző húzódásokhoz vezethet. Légző-görcsök, oldalszúrás lesz kellemetlen velejárója a mozgásos tevékenységnek bemelegítés hiányában, hiszen a szervezetet gyors, hirtelen, adott esetben extrém terhelésnek tesszük ki, és nem adunk lehetőséget az alkalmazkodási folyamatok létrejöttének. Ahhoz, hogy a szervezet károsodásmentesen, nagyobb erőkifejtéssel járó mozgások elvégzésére alkalmassá váljon, idős korban perc szükséges. Ezt az időt fokozatosan növekvő intenzitású mozgások végzésével kell eltölteni, vagyis a szervezetet be kell melegíteni. Ismertesse hogyan szűntethető meg az izomláz Edzetlen szervezetben a hosszantartó, erőteljes izom-összehúzódás csökkenti a vérellátást. Oxigénhiányos állapot lép fel. Oxigén hiányában a glükóz tejsavvá bomlik le anaerob erjedéssel. A felhalmozódó tejsav ingerli az izom érzőideg-végződéseit = izomláz. Forró fürdő, szauna az erek tágításával javítja a vérellátást, csökkenti a tejsav mennyiségét, ami eloxidálódik vagy glikogénné alakul a májban és a vázizomban. Az izomláz még gyorsabban elmúlik váltott hideg-meleg vizes fürdéskor és könnyű testmozgástól, mert ezek serkentik a vérkeringést, fokozzák az oxigénszállítást.

6 4.4. A táplálkozás (4. B; 5. B) 5/ A táplálkozás (4. B; 5. B) 10. _A bélcsatorna vázlatos felépítése Táplálkozás: az élőlények anyagcseréjéhez szükséges tápanyagok megszerzése, felvétele. Tápanyagok: az életjelenségek fenntartásához szükséges anyagok összessége [Nagy mennyiségben szükségesek (alap tápanyagok): fehérjék (építő), zsiradékok, szénhidrátok (energiát szolgáltatnak); Kis mennyiségben szükségesek (védő tápanyagok): vitaminok, ásványi anyagok.] Táplálék (élelmiszer): a tápanyagok és az emészthetetlen salakanyagok együttese. (Az állatok mindig táplálékot vesznek fel.) A táplálkozás folyamati: tápanyagok felvétele a táplálékkal, emésztés, felszívás, salakanyagok eltávolítása. A tápcsatorna feladata a felvett táplálék emésztése, felszívása és az emészthetetlen salakanyagok elválasztása, ürítése. Tápcsatornánkban a táplálék perisztaltikus mozgással halad, miközben makromolekuláit külső elválasztású mirigyek által termelt emésztőenzimek bontják le felszívható összetevőire (=sejten kívüli emésztés) Az emésztőrendszer részeit biológiai funkciói I. Előbél A szájüregben a fogak által felaprított táplálék keveredik a nyállal, amit három pár nyálmirigy (nyelv alatti-, állkapocsalatti- és fültőmirigy) termel. Amiláz enzim: keményítő bontását kezdi (enyhén lúgos ph-n) A falat a garaton és a nyelőcsövön át a gyomorba jut. A gyomor, fali mirigyei termelik a gyomornedvet, ami sósavat és enzimeket tartalmaz. Pepszin: a fehérjék bontását kezdi el (fehérje polipeptid). Kimozin: kicsapja a tejfehérjéket (=kazeint). II. Középbél = vékonybél (5 m) Patkóbél: ide nyílik a hasnyálmirigy és a máj által termelt epe közös kivezető csöve. Máj Az epe az epehólyagban raktározódik. Szerepe a zsírok (lipidek) kolloid formában tartása = emulgeálás A máj glikogént raktároz tartalék tápanyag (állati keményítő); ugyanakkor hidrolizálva azt, szőlőcukrot juttat vissza a vérbe. A test anyagait a szervezet szükségleteinek megfelelően átalakíthatja (glükóz, tejsav lipidek; lipidek nem esszenciális aminosavak stb.). Jelentős szerepet tölt be a fehérjeképzésben. Itt alakul ki a vérplazma fehérjéinek jelentős része (albuminok, globulinok többsége, véralvadási fehérjék). A máj sejtjeiben lezajló folyamatok a szerves anyagok eloxidálásával jelentős mennyiségű energiát szabadítanak fel. A méregtelenítés (a szervezet számára káros anyagok lebomlása) is a májban következik be. A lépben széteső vörös vérsejtek anyagai egy részének átalakítása is a májban következik be, melynek során epefesték keletkezik. Ez a szintén itt képződő epesavakkal, a vízzel és az ionokkal együtt alkotja az epét. Hasnyálmirigy Szigetsejtjei belső-elválasztású mirigyként hormonokat termelnek, pl. inzulin) külső elválasztású mirigyként hasnyálat termel, aminek enzimjei: tripszin: folytatja a fehérje bontását peptidekre (di-, tripeptid) amiláz: keményítő maltóz lipáz: zsírokat glicerinre és zsírsavakra nukleáz: nukleinsavakat nukleotidokra bontja A hasnyál NaHCO 3 (nátrium-hidrogénkarbonátot) tartalmaz, ami a gyomorsavat közömbösíti, a vékonybélben lúgos ph lesz. Éhbél, csípőbél: a bélfalban található mirigyek váladéka a bélnedv. Enzimjei befejezik az emésztést, itt történik a felszívás. Erepszin: a peptideket aminosavakra bontja. Maltáz, laktáz, szacharáz: a diszacharidokat monoszachariddá bontják. Lipázt és nukleázt is tartalmaz. A vékonybél nyálkahártyáján át szívódnak fel a kisméretű tápanyag-molekulák. A felszívási felületet növelik a körkörös bélredők, a rajtuk levő bélbolyhok (aktív, lüktető mozgást végeznek), és a felszívó hámsejtek mikrobolyhai = kefeszegély. Az aminosavak és a monoszacharidok a vérkapillárisokba, a zsírok a nyirokkapillárisokba kerülnek.

7 4.4. A táplálkozás (4. B; 5. B) 6/60 III. Utóbél A csípőbél a vakbélnél szájadzik a vastagbélbe, ami a vékonybelet keretbe foglalja (felszálló-, haránt- és leszállóág), majd a szigmabélen át a végbélhez vezet. A vastagbélben erjesztő és rothasztó baktériumok élnek (cellulóz bontását, B- és K-vitamin képződését végzik, bélgázok keletkeznek). Itt történik a víz, sók és vitaminok felszívása. A béltartalom besűrűsödik székletté alakul. A széklet a végbélben gyűlik össze, nyomást gyakorol a bélfalra. Az ürítést sima- és harántcsíkolt záróizmok szabályozzák reflexes úton. A tápcsatorna védelmét a kórokozókkal szemben a bélfalban levő nyiroktüszők és nyirokszervek: orr-, szájpad- és nyelvmandulák, valamint a féregnyúlvány végzik. Baktériumölő hatású a nyál és a gyomorsav is. A tápcsatorna mozgását és mirigyeinek működését a vegetatív idegrendszer és a hormonrendszer végzi. A bélfal is termel hormonokat. Pl. a gasztrin a gyomornedv, a szekretin a hasnyál elválasztását serkenti. 11. _Kétgyökerű fog felépítése 12. _Fogképlet: 2 metsző 1 szem 2 kisőrlő 3 nagyőrlő 13. _Az emésztőnedvek termelődési helye és szerepük Emésztőnedv neve Kiválasztó mirigyek Kémhatás Az emésztő enzim neve Az emésztőnedv szerepe Nyál 3 pár nyálmirigy (nyelv alatti, állkapocsalatti, fültőmirigy) Lúgos Amiláz Szénhidrátok emésztésének megkezdése. Rágás és nyelés meg- Gyomornedv A gyomor nyálkahártyájának mirigyei. könnyítése (mucin). Savas (HCl) Pepszin Fehérjék emésztésének megkezdése (denaturálás). Táplálékkal bekerült mikrobák elpusztítása. Hasnyál Hasnyálmirigy Lúgos Tripszin, lipáz, amiláz, nukleáz. Folytatja a tápanyagok lebontását. Epe Máj Lúgos Nem tartalmaz enzimet Zsírok emulgeálása Vékonybélnedv A vékonybél falának mirigyei. Lúgos Erepszin (fehérjebontó enzimek összessége, aminosavakig képes bontani), szénhidrátbontók, lipidbontók, nukleinsavbontók. Befejezi a lebontást. A táplálkozás szabályozása A táplálékfelvételt az éhségérzet, a folyadékfelvételt a szomjúságérzet szabályozza. Az agy hipotalamusz nevű részében van a táplálkozásszabályozási központ és a szomjúságközpont. (A táplálkozási központ izgalma kellemes, nyugodt hangulatot okoz, van, aki ezért eszik túl sokat. Ennek a központnak az elektromos ingerlésével az is elérhető, hogy a kísérleti állat a teli tál mellett éhen hal.) éhségérzetet elsősorban a vér glükóztartalmának a csökkenése okoz, de éhségérzetet vált ki a gyomor üres állapotú perisztaltikája (korgás) is. A szomjúságérzetért a vér ozmotikus koncentrációjának növekedése, valamint a vértérfogat csökkenése a felelős. Feltételes reflexek is kiválthatnak éhséget vagy szomjúságot: az ebédlő látványa, a tányércsörgés, a plakáton egy üveg gyöngyöző üdítőital képe stb. A nyálelválasztás ingere a látvány mellett a szájba kerülő falat nyomása, íze. Száraz táplálék esetén több nyál termelődik. Táplálkozás idején a nyál enzimekben gazdagabb, evések közötti időben hígabb. A nyálelválasztásra és a gyomornedv-elválasztásra a feltételes reflexek nagy hatással vannak. A gyomornedv elválasztását már a szájba kerülő táplálék megindítja. A gyomortartalom mechanikai hatása, a fűszerek és a hús ízanyagai fokozzák a nedvelválasztást. A gyomorban termelődnek olyan helyi hatású hormonok, amelyek a vér közvetítésével fokozzák a táplálékkal éppen nem érintkező gyomorsejtek nedvelválasztását is, sőt a következő bélszakaszt is előkészítik az emésztésre. A vékonybélben további hormonok termelődnek, amelyek a nedvelválasztást, illetve a perisztaltika sebességét szabályozzák.

8 4.5. A légzés (7. B) 7/ A légzés (7. B) 14. _ A légzőrendszer felépítése A sejtlégzéshez szükséges O 2 felvétele, illetve a keletkezett CO 2 leadása a légzőszerv feladata. I. A felső légút az orrüreggel kezdődik. Nyálkahártyája csillószőrös hengerhámsejtekből áll. Feladata: előmelegíti, megszűri a levegőt páratartalmát növeli szaglás (szaglóhám, kemoreceptorok) hangképzés (rezonátor üreg) Felületét orrkagylók és a koponyacsontokba haladó orrmelléküregek (pl. arcüreg, homloküreg) növelik. Garat: itt kereszteződik a légút a tápcsatornával. A fertőzésektől a légutat nyirokszervek (mandulák védik). Gége: a hangadás szerve, vázát a gégeporcok képezik (izmok mozgatják). pajzsporc (ádámcsutka) kannaporcok (a hangszalagokat mozgatja, amik a hangrést zárják közre) gégefedő (nyeléskor zárja a gége bemeneti nyílását) gyűrűporc 3 A hangszalagok (3) különleges nyálkahártyával borított simaizom redők. A pajzsporcról (1) 5 erednek és a kannaporcon (2) tapadnak meg. 4 1 Felülnézetben jól látszik, hogy csak az egymás 2 felé néző széleiken nem rögzítettek, közöttük egy háromszög alakú nyílás, a hangrés található. A hangrést a gége harántcsíkolt izmai a kannaporcok mozgatásával szűkíteni illetve, tágítani tudják. A gyűrűporc kiszélesedő részén áll hátul a két kis kannaporc. A kannaporc és a pajzsporc széle, valamint a két kannaporc között harántcsíkolt izom van: a kannaporcok mozgathatók, forgathatók. A két hangszalag a pajzsporc csúcsi részének belsejétől fut az egyik és a másik kannaporcig. A gége belső részét nyálkahártya béleli. Úgy képzeljük el, hogy a hangszalag a nyálkahártya alatt van, és így a gége belső falától a hangszalagig és vissza egy nyálkahártya-kettőzet halad, ez a hangredő (4). A hangszalagoktól kifelé, a pajzsporc széle felé tehát a gége hengeres ürege zárt, a két hangszalag között viszont nyitott. A nyitott részt hangrésnek (5) nevezzük. Hangadáskor a kannaporcokat mozgató izmok segítségével mozgatjuk a hangszálakat, és ezzel a hangredőt, így a tüdőből kiáramló levegő útját hol elzárjuk, hol szabadon hagyjuk. A levegő a hangredő mögött hol feltorlódik, hol szabadon áramlik. A hangadásban nemcsak a gége működése kap szerepet, hanem fontos a száj- és orrüreg rezonanciája, valamint a nyelv, az ajkak és a fogak alakja, helyzete is, amely egyéni színt ad hangnak. II. Alsó légutak A gégétől kezdődnek a légcsővel (10 cm). Vázát C-alakú porcok merevítik. Csillószőrös hám béleli (mechanikai szenynyeződések eltávolítása). Két főhörgőre ágazik el, amik a két tüdőfélbe vezetnek. A tüdő páros szerv a jobboldali három- a baloldali két lebenyből áll (a hely a szívnek kell). A főhörgők lebenyi hörgőkre, majd további hörgőkre ágazódnak el. A legvékonyabb csövecskék a hörgőcskék falában nincs már C-alakú porc, a szőlőfürt-szerűen elhelyezkedő léghólyagocskákhoz vezetnek. A léghólyagok falában kapilláris érhálózat van, egyrétegű laphám béleli. Itt játszódik le a külső légzés= diffúziós gázcsere a légzőszerv levegője és a testfolyadék (vér) között. Az összes légzőfelület kb. 100 m 2 -es. A tüdőt a mellhártya rögzíti a mellkashoz. Zsigeri lemeze a tüdő felszínéhez, fali lemeze a mellkas falához tapad. A két lemez között párcsepp savós folyadék van (vákuum, negatív mellűri nyomás). A tüdő passzívan követi a mellkas térfogatváltozásait.

9 4.5. A légzés (7. B) 8/60 Belégzéskor a légzőizmok [rekeszizom, külső bordaközi izmok (nőknél) hasizmok (férfiaknál)] összehúzódnak a mellkas térfogata a tüdővel együtt nő, a nyomás csökken. A tüdőbe levegő áramlik be a légutakon át a külső légtérből (nyomáskiegyenlítődés). A kilégzés passzív, a légzőizmok elernyednek. (Erőltetett kilégzésnél a belső bordaközi izmok és a hasizom is segít.) Az ember tüdeje normális légzéskor átlagosan 0,5 liter levegőt cserél. Erőltetett kilégzéssel még körülbelül 1 liter levegőt lehet kifújni, ez a kilégzési tartalék. Ez után is marad a tüdőben még körülbelül 1 liter levegő, az úgynevezett maradék levegő, amelyet nem lehet felhasználni, mert élettani körülmények között nem lehet a tüdőt teljesen öszszenyomni. (Még a mellüregből kivett tüdő is tartalmaz annyi levegőt, hogy fajsúlya a víznél kisebb.) Ha normális kilégzés után erőltetetten belélegzünk, akkor körülbelül három liter levegőt tudunk beszívni. Ez a normális légzési térfogatból és a belégzési tartalékból tevődik össze. Az erőltetett belégzés utáni erőltetett kilégzéssel tehát összesen körülbelül 4 liter levegőt tudunk kifújni, ezt nevezzük vitálkapacitásnak. Ezek az értékek edzéssel, sporttal megnövelhetők. Percenként átlagosan 16-szor veszünk levegőt. Félliteres légzési térfogattal számolva 8 liter a légzési perctérfogat. (Ennek csak 20 %-a oxigén!) fokozott terhelés idején ez az érték jelentősen megnőhet. Az edzetlen ember inkább a légzésszámot tudja gyorsan megnövelni, az edzett pedig inkább a légzés mélységét növeli. A légúti reflexek (tüsszentés, köhögés, be- és kilégzés) központjai az agytörzsben vannak. Akaratunktól független, vegetatív idegrendszeri szabályzás történik. Az ingert felvevő receptorok a tüdőben és az érrendszerben találhatók. Ingerként szerepelhet a nyomás változása a tüdőben, a vér ph-jának, hőmérsékletének, CO 2 és O 2 koncentrációjának megváltozása. maradéklevegő (1 liter) kilégzési tartalék (1 liter) normális légzés (0,5 liter) vitálkapacitás (4 liter) belégzési tartalék (2,5 liter) Magyarázza, miért jár gyakran együtt a torokgyulladás középfülgyulladással. Nátha, torokgyulladás kapcsán - általában lázas állapotban - középfülgyulladás is kialakulhat. A dobüreg "szellőzőcsöve", az Eustach-kürt belső nyálkahártyája is begyullad, beduzzad, ami bezárja ezt a járatot, és a dobüregben pangó, gyulladásos váladék felgyülemlik. Ez a dobhártya feszülését váltja ki, mely igen erős fájdalmat okoz, így társul a náthához a középfülgyulladás.

10 4.6. Az anyagszállítás (8. B) 9/ Az anyagszállítás (8. B) 15. _A hajszálerek és a nyirokkeringés A vér valójában nem érintkezik közvetlenül a szövetek sejtjeivel, hanem közöttük a sejt közötti állomány folyadéka, a szövetnedv létesít kapcsolatot. A nagy vérkör hajszálereiből az érfalon át a vérplazma egy része a benne oldott tápanyagokkal és oxigénnel együtt kijut a sejtek közé. A kapillárisok ugyanakkor szén-dioxidot, különböző bomlástermékeket és vizet vesznek föl a szövetnedvből. Tény, hogy a hajszálerekből több folyadék lép ki, mint amennyi visszaáramlik. A szövetnedv többlete, a nyirok, először a szövetek között vakon kezdődő nyirokhajszálerekbe kerül. A nyirokerek egyre nagyobb erekké egyesülnek, és tartalmuk végül egy nagy vénába ömlik, vagyis ismét a vérbe jut. A nyirokkeringés ezzel fenntartja a szövetnedv és a vér állandó térfogatát. Ha a nyirokerek nem vezetik el a szövetnedv fölöslegét, akkor ez felhalmozódik a szövetek között és vizenyő, más szóval ödéma alakul ki. Ez leggyakrabban a lábakon figyelhető meg hosszas álldogálás után vagy melegben. Ödéma alakulhat ki sérüléskor vagy a keringési rendszer elégtelen működése következtében is. 16. _Anyagkicserélődés a nagyvérköri kapillárisokban 17. _Ember nyirokkeringése és nyirokszervei A nyirokerek mentén kisebb-nagyobb nyiroktüszők, nyirokcsomók vannak. Ezeknek a kórokozók elleni védekezésben van szerepük (megszűrik a rajtuk átáramló folyadékot): bennük történik a fehérvérsejtek osztódása és érése. Különösen nagy számban fordulnak elő nyirokszervek azokon a helyeken, ahol kórokozók juthatnak be a szervezetbe. Ilyenek például a felső légutak és a tápcsatorna elején a mandulák. Nyirokszerveink közé tartozik a vakbélhez kapcsolódó féregnyúlvány is. 18. _A vér mikroszkópos képe Vér: folyékony sejtközötti állományú kötőszövet. Az ember vértérfogata: 5-5,6 dm 3. Ennek jelentős részét a víz és a fehérjék alkotják. Az alakos elemek térfogata közel fele a vértérfogatnak. A vízben mozoghatnak az alakos elemek, a vízzel áramlanak a fehérjemolekulák, benne szállítódnak a különböző sejtekből (pl. bél-, mirigy-, idegsejtekből stb.) bekerült ionok, anyagok. Az erek fala a fehérjék számára átjárhatatlan, így a fehérjék jelentős szerepet játszanak a vér ozmotikus nyomásának kialakításában, a kémhatás dinamikus állandóságának biztosításában. A vér gyengén lúgos (ph-ja 7,4), egy része a vérraktárakban (lép, máj) tárolódik. Vérplazma: a vér sejtközötti állománya. a vér térfogatának átlagosan 55%-a vérplazma. Ennek 90%-a víz. Az ionok közül a magas Na + - és Cl - -koncentráció a legjellemzőbb. Ezek mellett bár jóval kisebb mennyiségben a K +, Ca 2+, Mg 2+ -, HCO 3 (hidrogénkarbonát) stb. jellemzőek. Alakos vagy sejtes elemek: Vörösvérsejt Vérlemezke Fehérvérsejtek Szerepe légzési gázok (elsősorban oxigén) szállítása véralvadás belső védekezés Képződési helye vöröscsontvelő vöröscsontvelő vöröscsontvelő, nyirokrendszer Számuknak a Közismert betegség a vérzékenység, normál értéktartománytól amikor a vér való eltérés okai, és következményei csak igen lassan vagy egyáltalán nem alvad meg. Oka lehet a vérlemezkék A vérszegénység nem vérhiány, tehát nem a vér mennyiségének csökkenését jelenti, hanem azt, hogy kevés benne a hemoglobin. Vagy a vörösvérsejtek száma csökken, vagy bennük a normálisnál kisebb a hemoglobin-tartalom. A vérszegénység leggyakoribb oka, hogy a táplálék nem tartalmaz elegendő vasat, ami a hemoglobin egyik fontos alkotóeleme. számának csökkenése vagy működési zavara. Ha a csontvelő kóros működése miatt a keringő vérben a fehérvérsejtek száma a normálisnak többszörösére nő, fehérvérűségről, más néven leukémiáról beszélünk. Ezek a fehérvérsejtek éretlenek, működésképtelenek. A leukémiás betegek jelentős részét ma már gyógyítani tudják.

11 4.6. Az anyagszállítás (8. B) 10/60 Ismertesse a vérzéscsillapítás módjait. Gyengén vérző sérülések körül a bőrt ha szennyezett megtisztítjuk vízzel, majd jódtinktúrával bekenve fertőtlenítjük. A sebet magát bejódozni nem szabad. A sebre többrétegű steril gézlapot teszünk. Kisebb sérüléseknél ezt egyszerűen ragtapasszal rögzítjük, nagyobbaknál pólyával többszörösen körültekerjük. A testfelülethez közel sok helyütt futnak kisebb-nagyobb vénák. Ha nagyobb gyűjtőér sérül, a vér folyamatosan folyik a sebből. A vérvesztés megakadályozására ilyenkor nyomókötést kell elhelyezni: a sérülést steril gézlapokkal borítjuk, erre nagyobb géz- vagy vattacsomót teszünk, és szoros pólyát tekerünk rá, hogy a vérzést elnyomja. Kevés artéria fut a testfelület közelében, ezért verőeres vérzés ritkábban fordul elő. Onnan ismerhető fel, hogy a sebből lüktetve élénkvörös vér spriccel. A nyomókötés elhelyezéséig először a seb szív felőli oldalán a vért szállító artériát kézzel el kell nyomni, hogy a nagyobb vérveszteséget meggátoljuk. Utána nyomókötést kell készíteni. 19. _A tüdő és a szív elhelyezkedése a mellüregben 20. _A szív külső felépítése 21. _A szív szerkezete 22. _Kis- és nagyvérkör Az ember keringési rendszerének központja a szív. Falát szívizomszövet alkotja, amit kívülről a szívburok, belülről a szívbelhártya határol. A szív táplálását az aortából eredő két koszorús artéria látja el. A szív falában több ágra, majd kapillárisokra oszlanak, végül a vénás vér a jobb pitvarba kerül. A szívet a szívsövény osztja jobb és bal szívfélre. A jobb szívfélben CO 2 -dús a vér, a bal szívfélben O 2 -dús a vér. A szívben a vér egyirányú áramlását a szívbillentyűk biztosítják. A zsebes billentyűk: az aorta és a tüdőartéria kezdetén 3-3 db. Megakadályozzák a vérnek a kamrába való visszaáramlását. A vitorlásbillentyűk: a pitvar-kamra határán, szemölcsizmok mozgatják ínhúrok segítségével. (a jobb- 3 csúcsú, a baloldali 2 csúcsú.) megakadályozzák a vér visszaáramlását a pitvarba a kamrák összehúzódásakor. A vér útja a szívben: A kisvérkör (tüdővérkör): jobb kamra tüdőartéria (CO 2 -dús) tüdőkapillárisok (gázcsere) tüdővénák (O 2 -dús) bal pitvar. A nagyvérkör (testvérkör): O 2 -dús vért szállít a szövetekhez. Bal kamra aorta artériák kapillárisok (gázcsere) vénák (CO 2 -dús) alsó- és felső üres véna jobb pitvar.

12 4.6. Az anyagszállítás (8. B) 11/60 Vérnyomás A vérnek az erek falát feszítő nyomása a vérnyomás. Az érrendszer különböző részein a vér nyomása eltérő érték, az artériáktól a vénák felé folyamatosan csökken. A vérnyomásmérés eredménye egy kettős számadat. Ez onnan származik, hogy a szívösszehúzódáskor az artériákban nagyobb nyomással áramlik a vér, mint a szív elernyedésekor. A egészséges emberek vérnyomása az életkorral kissé nő, fiataloknál a felkar artériájában mérve átlagosan 16/12 kpa (120/90 Hgmm) körüli érték. Ismertesse a lép helyét és szerepét. A lép a hasüreg baloldalán, a gyomor mögött található hosszúkás szerv, melybe nyirokerek nem lépnek. Míg a nyirokhálózat a nyirokban, addig a lép a vérben lévő idegen anyagokat szűri ki. Részt vesz az elöregedő vérsejtek lebontásában. A lép kötőszövetes burkán belül kétféle rendszert találunk. A vörös pulpa (pulpa: valamely szerv belső puha állománya) üregeiben a vörös vérsejtek és a falósejtek tárolódnak. Itt történik az elöregedő sejtek lebontása. A fehér pulpa tüszőiben ahogy a nyirokcsomóban is- nyiroksejteket (limfocitákat) találunk. Magyarázza a véreloszlás megváltozásának élettani funkcióját. A szervek tápanyag- és oxigénigénye nagyon változó. Felesleges lenne állandóan annyi vért keringetni, amennyi minden szövet maximális igényét kielégíti. Ehelyett a szervezet az egyik szerv igényeinek növekedésekor a másik szervtől, szervrendszertől vonja el a vért, azaz a keringés átrendeződik. A keringés átrendeződésének két alapvető, az egész szervezetre kiterjedő típusa van, de egyéb kombinációk is előfordulnak. Az egyik az úgynevezett szimpatikus hatás, amikor a szervezet erőit a menekülés érdekében mozgósítani kell (veszély, verseny, felelés). Ilyenkor a mozgásszervek, az érzékszervek, az idegrendszer kap több vért, a kültakaró a tápcsatorna, a szaporodási szervrendszer kevesebbet. A másik az úgynevezett paraszimpatikus hatás, amikor a szervezet energiatartalékai feltöltésére, pihenésre készül fel. Ilyenkor a kültakaró, a táplálkozás, a szaporodás szervrendszere kap több vért, az izmok, az agy kevesebbet. Minden szövet hajszálereinek egy része az artériás szakaszon simaizommal elzárható. A keringésátrendeződés úgy megy végbe, hogy a simaizmok egyes szövetekben elzárják, másutt pedig megnyitják a hajszálerek egy részét. Ez a folyamat teszi alkalmassá az ereket a hőszabályozásra. Percenkénti összehúzódások száma a PULZUSSZÁM.

13 4.7. A kiválasztás (6. B) 12/ A kiválasztás (6. B) Kiválasztás: a szervezet számára már hasznosíthatatlan anyagok eltávolítása. Elválasztás: a szervezet számára fontos anyagok termelése. 23. _A kiválasztó szervrendszer 24. _A vese szerkezete 25. _A nefron felépítése és érrendszere Az ember kiválasztó szerve a páros vese. A vér állandó összetételének szabályozását végzi. Eltávolítja a bomlástermékeket, a felesleges sókat és vizet, szabályozza a kémhatást. A vese kötőszövetes tokkal borított bab alakú szerv. Homorú részén található a vesekapu, itt lép be a veseartéria és itt lép ki a vesevéna, valamint a húgyvezeték. 26. _Vesetestecske felépítése A külső kéregállományban vesénként kb. 1 millió vesetestecske található, ami érgomolyagból és kettősfalú Bowmann-tokból áll. A hajszálérgomolyagból vérplazma szűrődik át a Bowmann-tokba. A szűrlet fehérjét nem tartalmaz. A vérplazmát a hajszálérgomolyagban uralkodó nagy nyomás préseli a tokba. A túlnyomás azért jön létre, mert a belépő artéria nagyobb átmérőjű a kilépő artéria kisebb keresztmetszetű. A kilépő artéria az elvezető csatornarendszer körül még egyszer kapilláris hálózatra oszlik szét. Ide szívódnak vissza az elsődleges szűrletből a még használható anyagok, a szűrlet töményedik, vizelet képződik (kb. napi 1,5 liter). Az elvezető csatornarendszer részei: Elsődleges kanyarulatos csatorna (a kéregállományban): visszaszívódnak a glükóz (szőlőcukor), aminosavak, ionok, karbamid (N-tartalmú fehérje-bomlástermék). A Na + ionnal együtt a víz nagy része is visszakerül a kapillárishálózatba. Henle-kacs (a velőállományba hatol ;hajtűkanyar): itt csak, Na + -visszaszívás történik. Másodlagos kanyarulatos csatorna (a kéregállományban): Na +, Cl -, H + és víz visszaszívása. Egyenes gyűjtőcsatorna: több vesetestecskéből származó vizeletet gyűjti össze, itt fejeződik be a só és víz visszaszívódása, kialakul a vizelet végleges koncentrációja. A gyűjtőcsatornákból álló vesepiramisok alkotják a vese velőállományát. A vizelet a piramisok csúcsán található, vesepapillán át a vesekehelybe, a vesemedencébe, majd a húgyvezetékben át folyamatosan kerül a húgyhólyagba, ahol összegyűlik. A vizelet ürítése a húgyhólyagból a húgycsövön át történik. Az ürítés reflexes folyamat, kettősgyűrű alakú záróizomzat szabályozza. A vese elvezető csatornarendszerének bizonyos sejtjei kiválasztó működést is végeznek. Festékanyagokat, gyógyszermaradványokat, ionokat, karbamidot juttatnak a vizeletbe. Indokolja a folyadékbevitel jelentőségét a vesekőképződés megelőzésében. A sok húst tartalmazó étrend, a krónikus folyadékhiány és a kemény csapvíz kőképződéshez vezethet a vesékben, a húgyvezetékekben és a hólyagban. (Tízből kilenc esetben a kövek kalciumot tartalmaznak.) Segítség: fogyasszunk kevesebb húst, több ballasztanyagot, gyümölcsöt és zöldséget! A bennük található magnézium ellensúlyozza a kalciumot. Igyunk meg napi két liter magnéziumban gazdag és kalciumszegény vizet! Heti egy pohár sör 53 százalékkal csökkenti a vesekő kockázatát! Ha mindkét vese beteg és működésképtelenné válik, akkor a szervezetben a káros anyagcseretermékek felhalmozódnak és mérgezik a sejteket. Az ilyen állapot halálhoz vezet, ha a vese működését nem sikerül pótolni művesekezeléssel. A beteg ember vérét keresztülvezetik a művesén, majd visszajuttatják a keringési rendszerbe. Ha ezt a folyamatot néhány órán keresztül folytatják, a vér teljesen megtisztul, így a kezelést elegendő hetente kéthárom alkalommal elvégezni.

14 jel jel visszajelentés 4.8. A szabályozás idegrendszer 13/ idegrendszer 27. _A vezérlés és a szabályozás folyamata KÖZPONT vezérelt rendszer 4.8. A szabályozás KÖZPONT szabályozott rendszer zavaró jel Az irányítás két alapformája a vezérlés és a szabályozás. Vezérlés: egyirányú kapcsolat a központ és az irányított rendszer között. Az irányított rendszer nem befolyásolja a központ működését. Szabályozás: akkor valósul meg, ha az irányított rendszer, működési jellemzőit bizonyos határok között kell tartani, és ehhez állandó visszajelentésre van szükség az irányított rendszer működéséről. A szabályozás kétirányú kapcsolatot jelent a központ és az irányított rendszer között. A kétirányú kapcsolat szabályozókört hoz létre. A másodlagos zavaró jelek az eredeti szabályozókörön kívülről érhetik a működő rendszert, megváltoztatják működését. Ilyen eset fordulhat elő, ha valamitől megijedünk, és vérnyomásunk emelkedik. A vérnyomást megváltoztató hatás a zavaró jel. (Zavarójelek persze nemcsak a külső környezetből eredhetnek, hanem a belső környezetből is.) A hibajel ellentétes előjellel kerül vissza a működő rendszerbe (optimálisnál nagyobb vérnyomás esetén vérnyomás-csökkentési parancs, értágítás; optimálisnál kisebb vérnyomás esetén vérnyomás-növelési parancs, érszűkítés). Ezt a szabályozási elvet és módszert negatív visszacsatolásnak nevezik. Pozitív visszacsatolás: a hibajelnek megfelelő, azonos előjelű hatással módosítja a rendszer működését (növekedésre növelés, csökkenésre csökkentés). Pl.: petesejt kilökődésének irányítása. Az idegsejteket kívülről sejthártya határolja, belsejüket sejtplazma tölti ki. A sejtmag a sejttestben található. A sejttestből erednek az idegsejt nyúlványai. A 28. _Az idegsejt szerkezete faágszerűen elágazó rövid nyúlványok a dendritek. Az idegsejteknek rendszerint egy vagy kettő sejttest hosszú nyúlványa, úgynevezett axonja van. A legtöbb idegsejt axonját velőshüvely szigeteli el a környezetétől. A velőshüvellyel borított axont nevezzük idegrostnak. Az axonok végén elágazó végfácska látható. A végfácska axonvégződései létesítenek kapcsolatot más sejtekkel. Az idegsejt csak egy irányban vezeti az ingerületet, a sejttest, illetve a dendritek felől az axon felé. Az ingerület az inger hatására létrejövő anyagcsereváltozás. A külső vagy a belső környezetből származó hatásokat összefoglaló néven ingereknek nevezzük. Nyugalmi állapotban a membrán belső oldalán az anionok (fehérje anionok) vannak túlsúlyban a kationokhoz képest. A sejthártya polarizált, külső és belső felszíne között feszültség (potenciálkülönbség) mérhető, átlagosan 70 mv (millivolt) körüli érték. Amennyiben az inger erőssége nem ér el egy minimális értéket (küszöbértéket), akkor nem alakul ki feszültségváltozás (ún. akciós potenciál). (Az akciós potenciál szakaszai: depolarizáció, repolarizáció.) Ingerküszöb: a membránnak az a legkisebb változása (depolarizációja), amelyik kiváltja a feszültségváltozást. Minden vagy semmi törvénye: ha az inger nagysága eléri az ingerküszöböt, mindig ugyanolyan nagyságú és irányú potenciálváltozás jön létre, ellenkező esetben nem alakul ki feszültségváltozás (akciós potenciál). 29. _Szinapszis felépítése Szinapszis: az ingerület átadásának helye (idegsejtnek idegsejttel vagy más sejttel kialakított működési kapcsolata). A két sejthártya közvetlenül nem érintkezik, közöttük vékony szinaptikus rés húzódik. A végbunkóban apró szinaptikus hólyagok vannak, ezek ingerületátvivő anyagokat tartalmaznak. Az axon ingerületének hatására az átvivőanyag exocitózissal a szinaptikus résbe ürül, majd megkötődik a fogadó sejt membránján. A serkentő szinapszisokban az ingerületátvivő anyag kötődésének hatására depolarizálódik a membrán és tovaterjedő akciós potenciál alakul ki. A gátló szinapszisokban az átvivőanyag a következő sejtmembrán polarizált állapotát fokozza, vagyis hiperpolarizációt idéz elő. A neuronoknak működés szerint három fő fajtája van: az érző idegsejtek, melyek inger felvételére specializálódtak (a szervezetet kívülről érő, vagy belső állapotát jelző hatásokra kerülnek ingerületbe, ingerületük az axon útján a központi idegrendszerbe jut). Az összekötő vagy asszociációs idegsejtek kapcsolatot teremtenek két vagy több idegsejt között. A mozgató idegsejtek valamilyen végrehajtó szervvel, azaz izommal vagy miriggyel állnak kapcsolatban. Ingerületük hatására az izom összehúzódik, illetve a mirigysejt leadja váladékát.

15 4.8. A szabályozás idegrendszer 14/ _Az idegsejtek fajtái és kapcsolatai (a reflexív vázlata) Az ingerek felvételére speciális sejtek, a receptorsejtek szolgálnak. Azt az ingert, amire egy receptor a legérzékenyebb, adekvát ingernek nevezzük. Külső környezetből származó inger például a fény, vagy egy forró tárgy magas hőmérséklete. Az előbbit a szem, az utóbbit a bőr érző idegsejtjei fogják fel. A belső környezet hatása többek között a vérnek az erek falára gyakorolt nyomása, a vérnyomás, amit a nagyobb artériák falában levő idegsejtek érzékelnek. Az érző idegsejtekben az ingerek hatására tovaterjedő elektromos jel, ingerület alakul ki. A gerincvelő és az agy együttesen a központi idegrendszert alkotják. Mag: az idegsejtek sejttestjeinek csoportja a központi idegrendszerben. Pálya: az idegrostok kötegei a központi idegrendszeren. A szürkeállomány sok idegsejttestet tartalmaz, a fehérállomány pedig velőshüvelyes idegrostokból áll. Az idegrendszer központi része csontos tokban, agygerincvelői folyadékkal és agyhártyákkal védetten helyezkedik el. Az idegrendszer többi része, az idegek és a dúcok a környéki idegrendszerbe tartoznak. Dúc: idegsejtcsoportok a környéki idegrendszerben. Ideg: kötőszövettel elkülönített idegrostok a környéki idegrendszerben. 31. _ Gerincvelő felépítése A gerincvelő a csigolyák által határolt gerinccsatornában húzódik. Keresztmetszetén szabad szemmel is jól láthatóan két rész különböztethető meg. A belső, sötétebb színű szürkeállományban főként az idegsejtek sejttestei és rövid nyúlványai, míg a külső, világosabb fehérállományban az idegrostok futnak. A szürkeállomány hátulsó szarvában és központi részén asszociációs sejtek, elülső szarvában mozgatósejtek oldalsó szarvában pedig, de csak a háti és az ágyéki szakaszon központi vegetatív sejtek sejttestei találhatók. A mozgatósejtek a vázizmokat mozgatják. A központi vegetatív sejtek axonjai csak a környéki idegrendszerben lévő vegetatív dúcokig érnek el. Itt szinapszissal kapcsolódnak a mozgatósejtekhez. A vegetatív mozgatósejtek a belső szervek izmainak és mirigyeinek működését szabályozzák. A gerincvelőben érzősejtek nincsenek. Az érzősejtek sejttestei a csigolyaközti dúcokban vannak. Az érzősejteknek két axonjuk van. Az egyik a receptorból vezet a sejttesthez, a másik pedig a hátsó gyökéren keresztül a gerincvelő hátulsó szarvába. A csigolyaközötti dúcok a hátsó gyökérben helyezkednek el. Az érzősejtek potenciálváltozása a gerincvelőben többnyire asszociációs sejtekre tevődik át. A mellső gyökéren át a gerincvelő mozgató- és vegetatív rostjai lépnek ki. A gerincvelői idegekben érző-, mozgató- és vegetatív rostok vannak. A gerincvelőbe lépő és onnan kiinduló idegrostok 31 pár gerincvelői ideget alkotnak. A fehérállományban az agy és a gerincvelő között kapcsolatot teremtő idegrostok haladnak. A központi idegrendszer az életműködéseket reflexekkel szabályozza. Reflex: a külvilág és a belső környezet ingereire adott válasz. A receptortól a végrehajtó szervig vezető neuronsort reflexívnek, reflexpályának nevezzük.

16 4.8. A szabályozás idegrendszer 15/60 Eleinte csak a receptorból a végrehajtó szerv felé futó potenciálváltozást ismerték. Ma már ismerjük a reflexközpontból a receptorokhoz vezető rostokat is, amelyek többnyire a receptorok ingerküszöbét állítják be. A végrehajtó szervekből is kiindulnak idegrostok a központi idegrendszer felé, amelyek a szabályozókörök visszajelentő működését látják el. A reflexívek helyett tehát ma már inkább reflexköröket mondunk. Gerincvelői reflexek A gerincvelő, amellett, hogy összeköttetést teremt a testrészek és az agy között, számos reflexműködés központja is. Ezek között vannak védekező reflexek, a testtartás fennmaradását szolgáló reflexek, és a belső szervek működését szabályozó reflexek. 32. _Izomeredetű reflex 33. _Bőreredetű vázizomreflex A hajlító, feszítő izmok közötti átkereszteződés ábrázolása hiányzik az ábráról. A vázizomreflexeknek két típusuk van: Az izomeredetű reflex működik például akkor, amikor álldogálás közben a térdünk megbicsaklik. Ilyenkor a hirtelen megnyúlt izomból egy érző idegsejt közvetítésével ingerület érkezik a gerincvelőbe. Az ingerület áttevődik a térd feszítőizmához futó mozgató idegsejtre. Az ingere válaszként az izom összehúzódik, térdünk kiegyenesedik, így sikerül megőriznünk a testhelyzetünket. A bőreredetű vázizomreflexek (pl. keresztezett, hajlító, feszítő reflex) a bőr receptoraiból indulnak ki. Általában erős nyomás vagy fájdalom váltja ki. Az ingerelt végtagot a gerincvelő hajlítással távolítja el az ingerforrástól. A másik végtagon viszont feszítőreflex alakul ki, így a testhelyzet megtartható. 34. _Vegetatív reflexek Vegetatív reflexek szabályozzák a bélcsatorna, a légzőszervek, a vérkeringés szerveinek, a kiválasztó- és ivarszerveknek a működését. Például, amikor az utóbél megtelik, a béltartalom nyomja a bélfalban található érzőideg-végződéseket, ezekben ingerület keletkezik. Az ingerület az érző idegroston keresztül a gerincvelőbe jut, majd egy további idegsejt közvetítésével eléri a bélfalban található idegsejt-csoportosulást, vagyis dúcot. A dúcban találhatók azoknak a mozgató idegsejteknek a sejttestei, amelyek axonja a bélfal izomzatában végződnek. Ingerület hatására tehát a bélfal izomzata összehúzódik, ami a béltartalom továbbítását eredményezi. 35. _Az idegrendszer felosztása működése szerint A szomatikus idegrendszer a vázizmokhoz kapcsolódó működéseket szabályozza. A vegetatív idegrendszer a belső szervek, zsigerek működését hangolja össze. A szomatikus idegrendszer működése jórészt tudatos, a vegetatív idegrendszeré nem. Az agyvelő tagolódása Az agyvelő szerkezete lényegesen eltér a gerincvelőétől. A neuronok sejttesteit tartalmazó szürkeállomány itt alapvetően kétféle módon rendeződik. Az agy felszínét pár milliméter vastagon borító réteg az agykéreg, a pályákat tartalmazó fehérállományba ágyazódó részek pedig a magok. Az agyvelő fehérállományát alkotó pályák a központi idegrendszer különböző részei között létesítenek kapcsolatot. A gerincvelő folytatásába eső agyrészek közös neve agytörzs, amelyet a nyúltagy, a híd és a középagy alkot. A híd háti oldalánál található a kisagy. A középagyat fölfelé a köztiagy követi, ennek folytatása pedig a legnagyobb agyrész, az erősen barázdált felületű nagyagy.

17 4.8. A szabályozás idegrendszer 16/ _Az agy felépítése 37. _Az agy oldalnézetben Agytörzs Az idegi működések legfőbb központja, az agy a koponyacsontok által határolt üregben helyezkedik el. Alsó része a gerincvelővel közvetlen összeköttetésben álló agytörzs. Ezen a területen találhatók az alapvető életműködéseket, a szívműködést, a vérnyomást, a légzést szabályozó központok. Az agytörzs emellett részt vesz a testtartás szabályozásában, és itt van a köhögés, a hányás, a nyelés stb. reflexközpontja is. Köztiagy Az agytörzs fölött található a köztiagy, amelynek két része a javarészt szürkeállományból felépülő talamusz és hipotalamusz. A talamusz az érzőműködések, így a látás, a hallás, az ízlelés stb. fontos központja. A hipotalamusz a létfenntartó működések legfőbb irányítója. Közvetlen összeköttetésben áll az agyalapi miriggyel, hatással van a hormonális rendszer működésére is. Nagyagy Az agy legterjedelmesebb része, a nagyagy két féltekéből áll. A féltekék lebenyekre tagolhatók. Felszínüket barázdák és tekervények tagolják, nagyobbítják. A jobb és a bal félteke között a kérgestest teremt kapcsolatot. A nagyagy felszínét néhány milliméter vastag szürkeállomány, az agykéreg borítja. Agykéreg: a nagyagy külső, szürkeállományból felépülő, barázdált felszínű része. Az agykéreg az idegi működések legfelső központja. Itt tudatosulnak a külső és a belső környezetből származó ingerek, vagyis itt alakul ki az érzet. Innen indulnak ki azok az idegrostok, amelyek a tudatos, akaratlagos mozgásokat, például a járást, a beszédet szabályozzák. Emellett az agykéreg sejtjei teszik lehetővé a gondolkodást, a tanulást, az emlékezést. Az ember idegrendszerének fejlettsége messze meghaladja az állatokét. Ez elsősorban annak köszönhető, hogy a féltekék felülete nem sima, hanem tagolt. Az agykéreg teljes területének csak egyharmada található az agy felületén, kétharmada a barázdák mélyén húzódik. A tagolt felszínű agykéregben egyes becslések szerint 10 milliárd idegsejt található. Kisagy Az agytörzs mögött található kisagynak a nagyagyhoz hasonlóan két féltekéje van, felszínét szürkeállományból felépülő kéreg borítja. A kisagy a mozgatóműködések egyik fontos központja, összerendezi, összehangolja mozgásunkat. Az alkohol hatására a kisagy működése zavarokat szenved, ezért a részeg emberek járása dülöngélővé, bizonytalanná válik, a mozdulatok darabosak, összerendezetlenek lesznek. Agyidegek A gerincvelőhöz hasonlóan az agyba is érkeznek, illetve az agyból is lépnek ki idegek. A környéki idegrendszerhez tartozó 12 pár agyidegből 10 pár az agytörzs területén ered, 1-1 pár pedig szemet, illetve az orr szaglóhámját köti össze az aggyal. Az agyidegek is tartalmazhatnak érző-, mozgató- és vegetatív rostokat. A bőrérzékelés 38. _Az egyes testrészek tapintó receptorainak képviselete az agykéregben A bőr tapintás érzékelésére szolgáló receptoraiból származó ingerületek az érzőneuronok idegrostján, a gerincvelői idegeken át a csigolyaközti dúcba, majd onnan a hátsó gyökéren a gerincvelőbe jutnak. Az elágazó axonok egyik ága gerincvelői reflexet alkotva beléphet a szürkeállomány hátsó szarvába, a másik ága pedig a fehérállomány hátsó kötegében halad fölfelé. Az ingerület a nyúltvelőben szinapszis révén másik idegsejtre adódik tovább, ennek axonja pedig átkereszteződik a test túlsó oldalára. A talamuszban zajló ingerület-feldolgozás, ismételt szinaptikus átkapcsolódás után az ingerület a nagyagy fali lebenyének agykérgi régiójába jut, ahol kialakul az érzet. A fali lebeny hátsó részén az egyes testrészek képviselete szabályos elrendeződést mutat. Jól kimutatható, hogy a nagy receptorsűrűségű testtájak (pl. kézujjak, ajkak) az agykéregben is sokkal nagyobb kiterjedésű képviselettel bírnak, mint a kevésbé érzékeny részek (pl. a hát). A tapintást és a nyomást érzékelő receptoroknak fontos szerepük van a testtartás szabályozásában és a testhelyzet érzékelésében. A receptorok működése révén általában becsukott szemmel is pontos képünk van testhelyzetünkről. Állás és járás közben a talpbőr receptoraiból, ülve vagy fekve a csípőtájék, a comb és a hát receptoraiból származó ingerületek nyújtanak információt. A bőrben található hőreceptoroknak szerepük van a hőszabályozásban.

18 4.8. A szabályozás idegrendszer 17/ _Kétpontküszöb térkép A függőleges tengely milliméterben fejez ki két olyan bőrpont közti távolságot, melyet a vizsgált személy még két különálló pontként érzékel. 40. _Az egyes testrészek izmainak képviselete az agykérgi mozgatómezőben Vázizmaink működését a zsigerek izomzatától eltérően tudatosan, akarattal tudjuk befolyásolni. Gondoljuk csak végig a következő esetet! A tűzhelyen felejtettünk egy edényt, amelyből kifutott az étel. Hogy a nagyobb bajt megelőzzük, gyorsan odanyúlunk, és leemeljük a tűzről a lábast. A meleg tárgy érintésekor el kellene kapnunk a kezünket, nemhogy megfogni és arrébb vinni az edényt! Miben különbözik a jelenség a védekező reflextől? Agykérgünkben, az úgynevezett mozgatómezőben olyan idegsejtek találhatók, amelyek vázizmaink működését szabályozzák az agytörzs és a gerincvelő mozgató idegsejtjein keresztül. Az agy sejtjei között vannak olyanok, amelyek serkentik, és olyanok, amelyek gátolják a mozgató idegsejtek ingerületvezetését. Serkentő hatás esetén az izom összehúzódik, a gátlás az izom elernyedésével jár. Esetünkben a védekező reflex kialakulását az agykéreg bizonyos idegsejtjei megakadályozzák, ugyanakkor más idegsejtek serkentik azoknak az izmoknak az összehúzódását, amelyek segítségével arrébb tesszük a lábast. A mozgatómező a homloklebenyben található. A kutatóknak sikerült pontosan feltérképezniük, hogy melyik területe milyen izmok működését irányítja. Az agykéregben nagyon sok idegsejt működteti kezünk, ajkunk, szemünk izmait. Ezzel szemben a kevésbé kifinomult mozgásokat végző törzs-, hát-, láb- és karizmokat kis számú idegsejt vezérli. 41. _A mozgatóműködések szabályozása A mozgatómező bal oldalán található idegsejtek a jobb testfél izmait irányítják és fordítva. A kéregből kiinduló, a nagyagy fehérállományában haladó idegrostok az agytörzs területén átkereszteződnek, a bal oldaliak a jobb, a jobb oldaliak pedig a baloldalra kerülnek, és ezután érik el a gerincvelőt. A legegyszerűbb mozdulatok is nagyon sok idegsejt együttműködését igénylik. Gondoljunk csak arra, hány izmunk összehangolt tevékenysége szükséges a járáshoz vagy az egészen egyszerű tornagyakorlatok kivitelezéséhez. Mint minden tudatos tevékenységben, a mozgatóműködések szabályozásában is nagyon fontos szerepe van a tanulásnak. A kisgyermek, amikor járni tanul, minden mozdulatára, lépésére ügyel, figyelmét teljesen leköti ez a tevékenység. Később a már begyakorolt mozdulatokat a legkisebb erőfeszítés nélkül végzi, mellette más feladatokat is képes végrehajtani. Ez azzal függ össze, hogy a már elsajátított, megtanult mozdulatok kikerülnek az agykéreg közvetlen irányítása alól, a kéreg szerepét az agy alsóbb központjai veszik át. Az agykéreg szerepe ilyenkor már csak a mozgás beindítására korlátozódik. Az agykéreg mozgatómezőjében bekövetkezett bármilyen sérülés (pl. baleset, agyvérzés stb.) a beidegzett terület izomműködésének zavaraival, súlyosabb esetben bénulásával jár. A mozgatómező idegsejtjeinek károsodása, ami főleg idősebb korban következik be, mozgászavarokat eredményez. Ezek közül leggyakoribb a fokozott izomfeszülés miatt fellépő remegés a végtagokban.

19 4.8. A szabályozás idegrendszer 18/ _Szem felépítése A látás érzékszerve a szem, amely a koponyacsontok védelmében, a szemgödörben helyezkedik el. A szemet tarthatjuk a legfontosabb érzékszervünknek, mivel a birtokunkba jutó információk túlnyomó többségét (mintegy 90%-át) látásunk révén szerezzük. A szemgolyó fala háromrétegű. A legkülső réteg az erős, kötőszövetes ínhártya, ennek külső felszínén tapadnak a szemmozgató izmok. A szemmozgató izmok egészséges működése esetén a két szemgolyó mozgását idegrendszerünk rendkívül finoman összehangolja: két szemünkkel mindig ugyanabba az irányba nézünk. Az ínhártya elülső folytatása az átlátszó, domború szaruhártya. A szem képalkotásában fontos, hogy a szaruhártya rendkívül nagy fénytörésű, domború gyűjtőlencseként a fénysugarakat erősen megtöri. A szemgolyó középső rétege a szövetek vérellátását szolgáló érhártya. A szaruhártya szélénél az érhártya gyűrűszerű megvastagodása hozza létre a sugártestet. Belőle ered a szem színét adó szivárványhártya, amelynek középső, kerek nyílása a pupilla. A pupillán keresztül jut a fény a szemgolyó belsejébe. A szivárványhártyában aprócska simaizmok találhatók, amelyek összehúzódásakor és elernyedésekor, a pupilla szűkítésével, illetve tágításával szabályozható a szembe jutó fény mennyisége. Sötétben a pupilla kitágul, erős fényben pedig kicsinyre szűkül. A szemgolyó legbelső rétege az ideghártya, más néven retina. Ez tartalmazza a fényingert felvevő receptorsejteket. A szemgolyó belsejét kitöltő átlátszó, kocsonyás anyag az üvegtest. A pupillán bejutó fénysugár útjába illeszkedik a szemlencse, amelyet a lencsefüggesztő rostok körben a sugártesthez rögzítenek. 43. _A szem működése közelre és távolra nézéskor 44. _A szemlencse és a lencsefüggesztő rostok A szaruhártya és a szemlencse, mint gyűjtőlencsék, fordított állású, kicsinyített képet vetítenek az ideghártyára, ahol a képnek megfelelő mintázatban a receptorsejtek ingerületet keltenek. Az egészséges szemlencse anyaga rendkívül rugalmas. Amikor közelre nézünk, a gyűrű alakú sugártest izomzata összehúzódik, a lencsefüggesztő rostok ellazulnak, és lehetővé teszik, hogy a szemlencse saját rugalmassága folytán domborúbbá váljon. A domborúbb lencse erősen töri a fényt, és a közelebbi tárgyakról érkező fénysugarakat gyűjti össze az ideghártyán, ezért ezeket látjuk élesen. A sugártest izmainak elernyedésekor a lencse kifeszül, domborúsága csökken, ezért a távolabbi tárgyakat látjuk élesen. A szem segédberendezései a könnymirigyek és a szemhéjak. A szemhéjak, valamint a peremükön sorakozó pillaszőrök védik a szemet a mechanikai sérülésektől, segítenek távoltartani a szemgolyó felszínétől a szennyeződéseket. A folyamatosan termelődő könny nedvesen tartja a szemgolyó felületét, megakadályozza kiszáradását, ezáltal biztosítja az optikai sajátságok, a törőképesség fenntartását. Ezenkívül a könny elpusztítja az ide kerülő baktériumokat. A könnyet a szemhéjak terítik szét a szaruhártya és az ínhártya felszínén. A folyamatosan képződő könny feleslegét a belső szemzugban eredő vékony könnycsatorna az orrüregbe vezeti. Ezzel magyarázható, hogy erős könnyezéskor, például sírás alkalmával orrunkat gyakran kell fújni. 45. _A fül felépítése A hallás a hangnak, vagyis a levegő rezgéseinek érzékelése. Fülünk három

20 4.8. A szabályozás idegrendszer 19/60 részre tagolódik. A külső fül a porcos fülkagylóból és a külső hallójáratból áll. Ezek a levegő rezgéseit terelik a középfül felé. A középfül a dobhártyával kezdődik. Ez a vékony, rugalmas lemez választja el a külső hallójáratot a levegővel telt dobüregtől. A dobüreget a garattal vékony járat, a fülkürt köti össze. A dobüregben három, ízülettel összekapcsolódó hallócsontocska található: a dobhártyához rögzülő kalapács, majd az üllő, és végül a kengyel. A kengyel talpa a belső fülbe vezető nyílást, az ovális ablakot fedi be. A külső fülön bejutó hanghullámok megrezegtetik a dobhártyát, majd a rezgések végighaladnak a hallócsontocskákon, és fel is erősödnek. A rezgés végül a belső fület kitöltő folyadékot hozza hullámzásba. A belső fülben csigaházszerűen föltekeredő cső, a csiga található. Itt vannak az érzékszőrökkel rendelkező receptorsejtek, a szőrsejtek. Az érzékszőrök fölé vékony fedőhártya nyúlik. A hang beérkezésekor a csiga folyadéka mozgásba jön, ennek hatására az alaphártya kileng, az érzékszőrök a fedőhártyának ütköznek. Ennek a mechanikai ingernek a hatására alakul ki az ingerület. A csiga alapjánál a magas, a csiga csúcsa közelében pedig a mély hangok keltenek ingerületet. Az ingerület az agyidegek közé tartozó hallóideg, majd a hallópálya idegrostjain a talamuszba jut, onnan pedig tovább a halántéklebenyben található hallóközpontba. 46. _Egyensúlyérzékelés A tömlőcske és a zsákocska belső felépítése A belső fülben, a három félkörös ívjáratban, valamint a tömlőcskében és a zsákocskában helyezkednek el a testhelyzet érzékelésében szerepet játszó receptorok. A fül ezért a hallás és az egyensúlyozás érzékszerve is. Az egyensúlyérző szerv a csigához hasonlóan hártyás falú, és belsejét folyadék tölti ki. A félkörös ívjáratok a tér három irányának megfelelően, egymásra merőlegesen helyezkednek el. Alsó, kiszélesedő részükben találhatók az érzékszőrrel ellátott receptorok. A félkörös ívjáratok a fej gyorsuló, illetve lassuló mozgásait, elfordulását érzékelik. A fej elmozdulása ugyanis megváltoztatja belsejükben a folyadék áramlását, ami a receptorokban ingerületet kelt. A fej állandósult térbeli helyzetét a tömlőcske és a zsákocska fogja föl. Ezeknek a képződményeknek a belsejében apró mészkristályok vannak, amelyek nyomják az érzéksejteket. Amikor fejünket elfordítjuk, a mészkristályok más irányból nyomják az érzékszőröket, így becsukott szemmel is érzékeljük fejünk megváltozott helyzetét. Az egyensúlyérző szerv receptoraiban keletkezett ingerületet érző idegsejtek továbbítják a központi idegrendszerbe. Egyrészt a nagyagy fali lebenye, másrészt a mozgás szabályozásában fontos kisagy felé. Testünk helyzetének érzékelésében, egyensúlyunk megtartásában a szemeinkből, törzs- és lábizmainkból, valamint talpbőrünkből érkező információk is fontosak. Ezt könnyen ellenőrizhetjük, ha becsukott szemmel, fél lábon állva próbálunk egyensúlyozni egy puha párnán. Kémiai érzékelés A szaglás receptorsejtjei az orrüreg felső részének nyálkahártyájában, a szaglóhámban találhatók. A receptorsejtekben az orrnyálkahártyát borító folyadékrétegben oldódó anyagok keltenek ingerületet. Az ingerület a szaglóidegen keresztül a talamuszt megkerülve, közvetlenül a homloklebeny kérgi részébe, a szaglóközpontba jut, ott keletkezik a szagérzet. Az ízérzékelés receptorai nyelvünkön találhatók. A nyelv nyálkahártyájának kiemelkedései, a szemölcsök némelyike mikroszkopikus méretű ízlelőbimbókat tartalmaz. Az ízlelőbimbókban receptorsejtek vannak. Innen az ingerület agyidegek rostjain jut a talamuszba, majd átkapcsolás után a fali lebenybe. Vegetatív működések idegi szabályozása A vegetatív idegrendszer a szervezet belső állapotáért, egyensúlyáért felelős. A zsigeri szerveket, az önfenntartó életjelenségeket (légzés, keringés, táplálkozás, kiválasztás) szabályozza akaratunktól független módon. Működése szorosan kapcsolódik a hormonális szabályozáshoz. A vegetatív reflex: a zsigeri receptorokból származó érzőimpulzus az érződúcon át, a gerincvelő szürkeállományában a középső szarv területén kapcsol át a központi vegetatív neuronra. Ennek axonja (a dúc előtti rost) mindig átkapcsol egy környéki vegetatív dúcban. A dúc utáni rost simaizmot vagy mirigyet idegez be (34. ábra). A vegetatív idegrendszer két ellentétes hatású részre osztható: szimpatikus, paraszimpatikus idegrendszer. A zsigeri szervekre mind a két rendszer hat. A vegetatív idegrendszer magasabb központjai az agytörzsben (légzési, keringési, emésztési) a hipotalamuszban (éhség, jóllakottság, testhőmérséklet szabályozó központok) vannak, amik a limbikus rendszer és az agykéreg ellenőr-

21 4.8. A szabályozás idegrendszer 20/60 zése alatt állnak. A vegetatív működések összefüggnek az érzelmi, pszichés működésekkel is. Például izgalmi és düh reakciók, tartós megterhelés, stressz hatására neurózis kialakulása. 47. _A szimpatikus és a paraszimpatikus idegrendszer Szimpatikus rendszer Paraszimpatikus rendszer Feladata: A szervezet fokozott igénybevételekor (megterhelés, stressz) a A szervezet kimerül raktárait, energiakészletét tölti fel felépítő anyag- tartalékok mozgósítása vészreakció. Az agy és a vázizomzat fokozott működését segíti lebontó csere-folyamatok anyagcsere folyamatok A dúc előtti rostok kilépési helye a központból a gerincvelő hát-ágyéki szakasza az agytörzs (agyidegek) és a gerincvelő keresztcsonti szakasza Szervekre gyakorolt hatás Szimpatikus vészreakciók Paraszimpatikus hatás Pupilla tágul szűkül Tápcsatorna perisztaltika, mirigy működése lassul gyorsul Szívfrekvencia nő csökken Légzésszám hörgőcskék nő tágul csökken szűkül Vázizom-, tüdő-, koszorúerek tágul szűkül A többi artéria (bőr, has) ezért a vérnyomás szűkül nő tágul csökken Glikogénraktár a májban, izomban ezért a vércukorszint lebomlik nő felépül csökken

22 4.8. A szabályozás a hormonrendszer 21/ a hormonrendszer A hormonokat belső-elválasztású mirigyek (idegsejtek) termelik. Ezeknek a mirigyeknek nincsenek kivezető csöveik, váladékuk közvetlenül a vérbe kerül. A vér útján jutnak el a célsejtekig, amik speciális membrán-receptorokkal érzékelik. A célsejtek anyagcsere-intenzitását befolyásolják, serkentik (+), vagy gátolják (-), enzimeken keresztül. A hormonok hathatnak a viselkedésre is. Hatásuk lassabb, de tartósabb, mint az idegi szabályozásé. Az idegrendszerrel együttműködve szabályozórendszert alkot. Központja az agyalapi mirigy. Az ember belső elválasztású mirigyei: az agyalapi mirigy, a pajzsmirigy, a mellékvese, a hasnyálmirigy és az ivarmirigyek (petefészek és here). 48. _Az ember belső elválasztású mirigyeinek elhelyezkedése 49. _A pajzsmirigy elhelyezkedése A pajzsmirigy a gége előtt és két oldalán található szerv. Hormonja, a tiroxin a sejtek anyagcseréjét szabályozza. Hatására nő a sejtek oxigénfogyasztása, energiatermelése és a fehérjék felépítése. A tiroxinnak ezért fontos szerepe van a növekedésben és a fejlődésben. A pajzsmirigy sejtjeinek hormontermelését az agyalapi mirigy szabályozza. Ha a vérben alacsony a tiroxin mennyisége, akkor fokozódik a hipofízisben a pajzsmirigyserkentő hormon termelődése. A vér tiroxintartalmának emelkedése viszont gátolja a serkentő hormon képződését. A két hatás eredményeként többé-kevésbé állandó lesz a tiroxin mennyisége a vérben. A pajzsmirigyserkentő hormon termelődését a hipotalamusz is befolyásolja. Ez jól példázza a hormonális és az idegi szabályozás együttműködését. A pajzsmirigy működésének zavarai meglehetősen gyakran okoznak különböző panaszokat, betegségeket. A tiroxinhiány következtében súlyosan károsodik az anyaméhben fejlődő magzat, testi és szellemi visszamaradottsággal járó aránytalan törpenövés, úgynevezett kreténizmus alakul ki. Felnőttekben csökken a sejtlégzés, ezzel együtt az energiatermelés, ami testsúlynövekedéssel, általános testi és szellemi levertséggel párosul. A hormonhiánynak többféle oka lehet. Ezek közül az egyik az, ha a táplálék nem tartalmaz elegendő jodid-iont. A tiroxin ugyanis jódtartalmú vegyület, így képződéséhez jód szükséges. Ezért a konyhasót jódozzák, vagyis kálium-jodidot kevernek hozzá. A hormonhiány másik oka lehet, hogy az agyalapi mirigy sejtjei nem termelnek elegendő pajzsmirigyserkentő hormont. A tiroxin túltermelése következtében a sejtekben fokozódnak a lebontó folyamatok, a testsúly csökken, állandó hőemelkedés jelentkezik. Az ilyen betegek ingerlékenyek, pulzusuk szaporább, szemgolyójuk kidülled. A háttérben legtöbbször az agyalapi mirigy túlzott hormontermelése áll. A jódhiányos táplálék, illetve a serkentő hormon fokozott termelődése egyaránt a pajzsmirigy megnagyobbodásával, úgynevezett golyva, strúma kialakulásával járhat együtt. A hasnyálmirigy külső és belső elválasztású sejteket is tartalmazó, úgynevezett kettős elválasztású mirigy. Az emésztőnedvet termelő sejtek között, szétszórtan, szigetszerűen hormontermelő sejtcsoportok láthatók. Váladékuk, az inzulin fokozza a sejtek cukorfelvételét a vérből, ezzel csökkenti a vér szőlőcukor tartalmát, a vércukorszintet. A felvett szőlőcukrot a máj, a harántcsíkolt izomszövet és a zsírszövet sejtjei átalakítják és elraktározzák, míg a többi sejt lebontja. Az inzulin termelődését a vércukorszint szabályozza. Ha magas a vérben a szőlőcukor koncentrációja, több hormon kerül a hasnyálmirigyből a vérbe, így hamarosan ismét normális lesz a vér cukortartalma. Az inzulintermelés zavaraira vezethető vissza az egyik leggyakoribb anyagcserezavar, a cukorbetegség. A cukorbeteg emberekben a hasnyálmirigy általában nem termel elegendő inzulint, ezért vércukorszintjük magas. Ennek ellenére sejtjeik tápanyaghiányban szenvednek, mivel nem tudják felvenni a vérből a szőlőcukrot. Vizeletükben szőlőcukor mutatható ki, mert veséjük nem képes visszaszívni a szűrletből a teljes cukormennyiséget. Súlyos esetben a magas vércukorszint eszméletvesztéssel járó rosszullétet okozhat. A cukorbetegség főleg idősebb korban alakul ki, de van örökletes, veleszületett formája is. Enyhébb esetekben olyan gyógyszereket adnak a betegnek, amelyek serkentik a hasnyálmirigy működését. A súlyosabb betegek minden nap inzulininjekcióra szorulnak. Mindkét esetben szigorú, szénhidrátokban szegény diétát írnak elő az orvosok. A mellékvesék a vesék csúcsán található hormontermelő szervek. Bennük képződik a szervezet készenléti, izgalmi állapotának kialakításáért felelős hormon, az adrenalin. Amikor nehéz fizikai munkát végzünk, veszélyhelyzetbe kerülünk vagy megijedünk, megnő vérünkben az adrenalin koncentrációja. Ennek hatására szívműködésünk fokozódik, vérnyomásunk, légzésszámunk emelkedik, működő izmainkba több vér áramlik. Májsejtjeinkből nagy mennyiségű szőlőcukor kerül a vérbe, vagyis vércukorszintünk megnő. Ugyanakkor zsigeri szerveink, így bélcsatornánk, vesénk vérellátása és működése csökken. Mindez azt jelenti, hogy szervezetünk

23 4.8. A szabályozás a hormonrendszer 22/60 alkalmazkodik a fizikai megterheléshez, felkészül a fokozott igénybevételre. A mellékvese adrenalintermelését az idegrendszer szabályozza. Az állandó idegfeszültségben élő, túlhajszolt emberek vérében magas az adrenalin koncentrációja. A fokozott megterhelés miatt szívük, érhálózatuk hamarabb elhasználódik, szívműködési, keringési panaszok jelentkeznek náluk, súlyosabb esetben szívinfarktus is felléphet. Bélrendszerük csökkent mértékű vérellátása a nyálkahártya sérüléséhez, fekélyek kialakulásához vezethet. A helytelen életmód, a pihenés és kikapcsolódás hiánya mellett a korszerűtlen táplálkozás, a túlzott alkoholfogyasztás és a dohányzás is gyorsítja az elváltozások kialakulását. A legveszélyeztetettebbek ebből a szempontból a év közötti, nagyvárosban élő férfiak. A here hormonja, a tesztoszteron szabályozza az ivarsejtek képződését, de szerepe van a férfiakra jellemző, úgynevezett másodlagos nemi jellegek, például a testalkat, a testszőrzet, a hangmagasság stb. kialakításában is. Emellett befolyásolja a magatartást, az érzelmi életet is. A here hormontermelését az agyalapi mirigy serkentő hormonjai szabályozzák. A tesztoszteron a serdülőkortól folyamatosan termelődik, szintje a vérben többé-kevésbé állandó. Ennek az a magyarázata, hogy a férfiak agyalapi mirigyében is többé-kevésbé egyenletesen képződnek az ivarmirigyekre ható serkentő hormonok. A tesztoszteron hatására befejeződik az ivarszervek érése, megindul a hímivarsejtek termelése. Fokozott fejlődésnek indul a csontrendszer és az izomzat, a csípő keskeny, a váll széles lesz. A gége gyors növekedése miatt a hang mélyül. Kialakul az erőteljesebb testszőrzet, megjelenik a szakáll és a bajusz. A férfiak anyagcseréje gyorsabb, ezért a nőknél kevésbé hajlamosak a hízásra. A tesztoszteron fokozza az izomzat növekedését, a férfias izomerő kialakulását. Ezt a hormont, illetve származékait a sportolók teljesítményének fokozására, doppingszerként alkalmazták, sőt alkalmazzák ma is, annak ellenére, hogy ezt a törvények szigorúan tiltják. A tiltás oka az, hogy a szerek használata mind férfiakban, mind nőkben súlyosan károsítja az ivarszervek működését, helyrehozhatatlan anyagcserezavarokhoz, súlyos egészségkárosodáshoz vezet. Az érett magzatban képződő hormonok hatására fokozódik az anya hipotalamuszában az oxitocin termelése. Az oxitocin a méh simaizomzatának összehúzódását idézi elő, ami elindítja a szülést. Menstruációs ciklus hormonális szabályozása A női ivarszervek ciklusos működését a hipotalamusz alakítja ki, amely a serdülőkortól kezdve átlagosan 28 napos ritmus szerint működik, és hormonjai révén befolyásolja a hipofízis, azon keresztül pedig a petefészek hormontermelését. A ciklus elején az agyalapi mirigyben növekvő mennyiségben termelődő tüszőserkentő hormon hatására megindul a tüszőérés. Az érő tüsző hámsejtjei szteránvázas ösztrogén hormonokat termelnek. Az ösztrogének koncentrációja a vérplazmában fokozatosan nő, hatásukra a méh nyálkahártyája regenerálódni kezd a menstruáció után. Amikor az ösztrogénkoncentráció elér egy bizonyos értéket, hatására a hipofízisben hirtelen nagymértékben megemelkedik a sárgatestserkentő hormon termelése. Ez idézi elő a tüszőrepedést és a sárgatest kialakulását, majd serkenti a sárgatest hormontermelését. A tüsző maradványából kialakuló sárgatest ösztrogén mellett progeszteront is termel. Az ösztrogén ugyanakkor negatív visszacsatolással hat az agyalapi mirigy tüszőserkentő hormonjának képződésére. Így a sárgatestben képződő ösztrogén visszacsatolás útján gátolja a tüszőserkentő hormon termelését, ezért a ciklus alatt újabb tüsző már nem érik meg. A progeszteron hatására a méhnyálkahártya megvastagszik, vérellátása fokozódik, ezzel alkalmassá válik a beágyazódásra és az embrió táplálására. Ezen felül gátolja a méhizomzat összehúzódását. Így a terhesség kialakulásában és fennmaradásában is alapvető szerepe van. A progeszteron további hatása, hogy visszacsatolással gátolja a sárgatestserkentő hormon termelődését a hipofízisben. Ha megtermékenyítés nem következik be, akkor a sárgatest elsorvad, az ösztrogén és a progeszteron koncentrációja lecsökken a vérben, és bekövetkezik a menstruáció. A hormonális fogamzásgátlás módszere az agyalapi mirigyre irányuló visszacsatoláson alapul. Ezek a készítmények ösztrogénés progeszteronszerű anyagokat tartalmaznak kis mennyiségben, és ezeknek a hormonoknak a hatását utánozzák. A szervezetbe jutó ösztrogén a tüszőserkentő hormon termelését gátolja, a progeszteron pedig a sárgatestserkentő hormon képződését. Ezért a petefészekben nem történik tüszőérés és ovuláció. Ugyanakkor a méhnyálkahártya szerkezete ciklusosan változik.

24 4.8. A szabályozás az immunrendszer 23/ az immunrendszer A szervezet védekezik a belső környezet állandóságát veszélyeztető, úgynevezett testidegen anyagokkal szemben. Idegen anyag lehet egy másik szervezetből átültetett szövet vagy szerv, rendellenes osztódású daganatképző sejt, baktérium vagy vírus, nagy molekulájú fehérje vagy poliszacharid. A védekező reakciót kiváltó anyagokat összefoglaló néven antigéneknek nevezzük. Az antigének ellen a szervezet védekező rendszere, más szóval az immunrendszer lép fel. Az antigének felismerésének és elpusztításának folyamata az immunválasz. A védekező rendszer szervei és sejtjei elszórtan, az egész szervezetben megtalálhatók. Közéjük tartoznak például a nyirokcsomók és a vörös csontvelő. Az antigének felismerésében és közömbösítésében a fehérvérsejteké, köztük is a nyiroksejteké a vezető szerep. I. A kórokozók ellen az első védelmi vonalat, a testfelszínt borító bőr, illetve a külvilág anyagaival közvetlenül érintkező belső szervek tápcsatorna, légzőszervek, kiválasztó és ivarszervek üregeit bélelő nyálkahártya jelenti. A nyálkahártya hámrétegből és az alatta húzódó kötőszövetből áll. A külső és a belső testfelszínek szorosan illeszkedő hámsejtjei gátolják a kórokozók átjutását a mélyebben fekvő szövetekbe. A nyálkahártya mirigyei ezen felül olyan váladékokat termelnek, amelyek elpusztítják a felszínükön megtelepedő mikroorganizmusok jelentős részét. A légutak nyálkahártyájának váladéka például gyengén savas kémhatású, ami gátolja a baktériumok és a gombák jelentős részének az anyagcseréjét. Emellett a nyálkában olyan enzimek is vannak, amelyek lebontják a belélegzett levegővel bejutó 50. _A falósejtek szerepe a kórokozók elleni védekezésben és a nyálkába beleragadó baktériumok sejtfalát, és ezzel elpusztítják azokat. A második védelmi vonalat a nyálkahártyák kötőszövetében található fehérvérsejtek jelentik. Ha valahol megsérül a bőrünk vagy belső szervünk hámrétege, a seben keresztül gyakran kórokozók, például baktériumok jutnak szervezetünkbe, és gyorsan szaporodni kezdenek. A baktériumsejtekből felszabaduló anyagcsere-termékek, a sérült szöveti sejtek anyagai felhalmozódnak a seb körüli kötőszövetben. Hatásukra megnő a környező hajszálerek áteresztő képessége, és a vérből fehérvérsejtek (granulociták, monociták), valamint nagyobb menynyiségű folyadék lép ki a fertőzött területre. A seb körül bőrpír, pirosas duzzanat, gyulladás alakul ki. A kötőszövetben a fehérvérsejtek (granulociták és a monociták) átalakulnak állábas falósejtekké. Endocitózissal felveszik, majd lizoszómáik segítségével lebontják a baktériumokat, a sérült szöveti sejteket. A kórokozók elpusztításában főként a granulociták vesznek részt. Előfordul, hogy a sérült szövetek törmelékeiből, az elpusztult fehérvérsejtekből és baktériumok maradványaiból sárgás színű genny alakul ki a seb környékén. A fentiekben ismertetett védekező mechanizmus lényegében minden kórokozó esetében hasonlóan játszódik le, vagyis nem fajlagos. II. A meghatározott antigén ellen irányuló antitestes és sejtes immunválaszban aktiválódott segítő és ölő T-sejtek, illetve B-sejtek egy része memóriasejtté alakul. Ezek a hosszú életű sejtek egy következő fertőzés alkalmával azonnal felismerik az antigént, és beindítják ellene az immunválaszt. Az antigén felismerése és a nyiroksejtek aktiválása így sokkal rövidebb időt vesz igénybe. Ennek eredményeként az antigének nem tudnak elterjedni a szervezetben, nem alakíthatnak ki betegséget. Védőoltások Az immunrendszer memóriáján alapulnak a védőoltások. Az úgynevezett aktív immunizálás során elölt vagy legyengített kórokozót juttatnak a szervezetbe. Az oltóanyaggal bevitt antigén ellen lejátszódik az immunválasz. Természetesen a betegség nem alakul ki, vagy csak egészen enyhe lefolyású. Az antigén hatására ugyanakkor létrejönnek a memóriasejtek, amelyek a valódi kórokozóval történő fertőzéskor gyorsan aktiválódnak, osztódnak, és közömbösítik a kórokozókat. A szervezetben lejátszódott immunválasz eredményeként kialakul az immunitás, a védettség. Ez lehet természetes, ha az ember átesik egy fertőző betegségen, és szervezete ily módon ismeri meg a kórokozó antigénjeit. A védőoltásokkal mesterséges védettséget alakítanak ki. Az orvosi gyakorlatban sokszor alkalmazzák a passzív immunizálást, amikor kész ellenanyagot juttatnak a szervezetbe. Az ellenanyag megakadályozza a kórokozó elszaporodását, vagy segít a már kialakult betegség leküzdésében. A módszert elsősorban legyengült immunrendszerű, többnyire idős emberek vagy súlyosan fertőzött betegek esetén alkalmazzák. Passzív immunitás természetes körülmények között is kialakulhat. Az anyaméhben fejlődő magzat a méhlepényen keresztül antitesteket kap az anyától, születés után pedig az anyatejjel jutnak ellenanyagok a csecsemő szervezetébe. A láz Számos betegség kísérő tünete a normálisnál magasabb testhőmérséklet, a láz. A kórokozók vagy méreganyagaik hatására a hipotalamusz működése úgy változik meg, mintha a testhőmérsékletet a szokásosnál magasabb értéken kellene tartania. A láz kialakulásának kezdetén, a normális testhőmérséklet ellenére, a beteg libabőrös lesz, fázik, didereg, sokszor erős vacogás, úgynevezett hidegrázás is kialakul. Mindezt a fűtőközpont sejtjeinek ingerülete okozza. Amikor a

25 4.8. A szabályozás Védőoltások 24/60 testhőmérséklet elérte a hipotalamusz sejtjei által meghatározott magasabb értéket, vagyis kialakult a lázas állapot, a beteg közérzete javul, megszűnik a hidegérzet. A magas láz károsítja a szervezetet, ezért a hónaljban mért 38 o C-os lázat már csillapítani kell. Ez történhet gyógyszerrel, langyos fürdővel, vagy a csuklóra, bokára, illetve a nagyobb testfelületekre helyezett vizes borogatással. A VÉRCSOPORTOK (legjelentősebbek az AB0- és az Rh- vércsoportok) Az AB0- vércsoportrendszer Az AB0-vércsoportrendszer kialakításában is a vörösvértestek sejthártyájának anyagai vesznek részt. Akinek vörösvértestei A jelű szénhidrátot tartalmaznak, az A-vércsoportú, akinek B jelű szénhidrátot, az B-vércsoportú. Az AB-vércsoportúak esetében mindkét vércsoport-antigén megtalálható a vörösvértesteken. A 0-vércsoportú egyénekben a vörösvérsejtek membránja sem A-, sem B-antigént nem tartalmaz. Az AB0-vércsoportrendszer érdekessége, hogy mindenkinek a vérplazmájában megtalálhatók a saját szervezetéből hiányzó vércsoport-antigén elleni antitestek. Vércsoport O A B AB Vörösvértest-fehérje A B A és B nincs /Antigén a vörösvértest felszínén/ Vérplazmafehérje nincs /Antitest a vérplazmában/ (anti A és anti B) (anti B) (anti A) Rh-vércsoportrendszer Vércsoport Rh-antigén a vörösvértestben Rh-pozitív Van (85%) Rh-negatív Nincs (15%) 51. _A Rh-pozitív és A Rh-negatív vörösvérsejt Antitest a vérplazmában Nincs Nincs Az emberek jelentős részének (kb. 85%) vörösvértestei tartalmaznak egy Rh jelzésű összetett fehérjét (D-antigén). Ezek a személyek Rh-pozitív (Rh+) vércsoportúak. Az emberek 15%-ának vörösvérsejtjein nincsen ilyen antigén, ők Rh-negatív (Rh-) vércsoportúak. 52. _Vércsoportok gyakorisága Magyarországon Az AB0- vércsoportrendszerben öröklötten kialakulnak az antitestek is. Az Rh-vércsoportrendszerben viszont antitestek csak akkor jönnek létre, ha Rh-negatív ember Rh-pozitív vért kap. Ilyenkor az Rh-antigén ugyanolyan immunreakciót indít el az Rh-negatív ember szervezetében, mintha kórokozó jutott volna a testébe. Vérátömlesztés Vérátömlesztéskor a vörösvérsejtek membránjában található antigén hatású anyagoknak van jelentőségük. Rh-negatív vérű emberek kizárólag Rh-negatív vért kaphatnak. Az Rh-pozitív vérű emberek viszont szükség esetén Rhnegatív vért is kaphatnak. 53. _Kicsapódási reakció a vérben 0 ( + ) 0 A( ) A B B( ) AB AB (-)

26 2. Egyed alatti szerveződési szint 2.1. Szervetlen és szerves alkotóelemek 25/60 2. Egyed alatti szerveződési szint 2.1. Szervetlen és szerves alkotóelemek Biogén elemek Az élő anyagban kiugróan magas a szén (C), az oxigén (O), a hidrogén (H), a nitrogén (N) és a foszfor (P) előfordulása. Ezek adják az élő szervezetek tömegének 98-99%-át. Ez érthető is, hiszen a felsorolt elemek atomjai a szerves vegyületek és a víz építőkövei. A nátrium és a kálium: a sejtek ingerületi folyamataiban játszik fontos szerepet. Kalcium az állatok meszes vázának anyaga, de többek között fontos az izomszövetek működésében, a véralvadásban és a sejtek ingerlékenységében is. Magnézium a növények zöld színanyagának, a klorofillnak az alkotórésze, és a kalciumhoz hasonlóan elengedhetetlen az izmok működéséhez is. Vas a vér vörös színű festékanyagának, a hemoglobinnak a felépítésében vesz részt, amelynek feladata az oxigén szállítása szervetlen molekulák Víz (szervetlen vegyület) Az élő szervezetek vegyületei közül legmagasabb a víz (H 2 O) aránya, a sejtek tömegének átlagosan 65-75%-a. Ennek oka, hogy a sejteket felépítő anyagi rendszerek legtöbbje vizes oldat. A vízmolekula poláris, és hidrogénkötés kialakítására hajlamos, ezért számos szerves és szervetlen vegyület jól oldódik benne. A víz nemcsak közege a sejtekben lejátszódó kémiai átalakulásoknak, hanem fontos reakciópartner is. Egyik kiindulási anyaga például a fotoszintézisnek, és terméke a sejtlégzésnek. Fontos, hogy a víznek nagy a fajlagos hőkapacitása, ezért az élő szervezetekben is van hőmérséklet-kiegyenlítő szerepe. Szerves molekulák lipidek 54. _Lipidek (zsírok) képződése Szerkezetük: a glicerinhez és 3 zsírsav kapcsolódik. A zsírsavak hosszú láncai apoláris jellegűek. Vízben nem, csak zsíroldószerekben, pl.: benzin (foltok tisztítása), alkohol (injekció előtt a bőrfelület zsírtalanítása, tisztítása) oldódnak. Zsírszerű anyagok oldódnak bennük: pl.: a paprika színanyaga (pörkölt készítésénél a paprikát a zsírba rakjuk). A zsírban oldódó vitaminokat a szervezet a májban vagy a zsírszövetben hosszabb ideig tudja raktározni, ezért utánpótlásukról nem szükséges naponta gondoskodni. Szerepük: raktározott tápanyagok (bőr alatti és a hasüregi kötőszövetben, csontvelőben), védik a létfontosságú szerveket, hőszigetelő, oldószer (bennük finoman eloszlatva, pl. zsírban oldódó vitaminok, színezőanyagok stb. szívódnak fel). Foszfatidok (foszfolipidek) A lipidek közé tartoznak. Molekuláikban a glicerinhez két zsírsav molekula (apolárisak vízben nem oldódó) és egy foszforsav (poláris vízben oldódó) kapcsolódik. A foszforsavhoz ezenkívül egy poláris jellegű, nitrogéntartalmú szerves molekularészlet is csatlakozik. A foszfatid molekula zsírsavakat tartalmazó része apoláris, többi része poláris jellegű. Ennek köszönhetően a foszfolipidek kettős oldódásúak, azaz apoláris és poláris oldószerekben egyaránt oldódnak. A sejtek határoló hártyáinak, a membránoknak (sejthártya, sejtalkotók membránjai) a kialakításában vesznek részt. 55. _Foszfatid molekula szerkezete 56. _Foszfatidok oldódása Szteroidok A szteroidok a lipidek közé tartozó szerves vegyületek. Biológiai szempontból fontosak, mert vannak köztük a sejtek anyagcseréjét szabályozó hormonok (pl. ivari hormonok), vitaminok (pl. D-vitamin) és a zsírok emésztésében fontos epesavak.

27 2. Egyed alatti szerveződési szint Szerves molekulák 26/ _A szteránváz szerkezete Az epesavak kettős oldódású anyagok, amelyek molekulái megkötődnek a béltartalomban található apoláris zsírcseppek felszínén, és oldatban tartják azokat, stabilizálják az emulziójukat. Az epesavak apoláris részükkel a zsírmolekulákkal, poláris részükkel pedig a vízmolekulákkal lépnek kölcsönhatásba. A zsírcseppek aprózódását a bél keverő mozgásai segítik elő. Az emulgeált zsírcseppek nagy felületük miatt jobban hozzáférhetővé válnak a vízben oldódó enzimek számára. Ilyen módon az epesavak teszik lehetővé, hogy a zsírokat bontó lipázok kifejthessék hatásukat. Epe hiányában ugyanis az apoláris zsírmolekulák a béltartalom vizes közegében nagyobb cseppekké állnának össze szénhidrátok Egyszerű szénhidrátok: egyetlen cukormolekulából állnak. Legjelentősebb a 6 szénatomos szőlőcukor (glükóz), valamint az 5 szénatomos ribóz és dezoxiribóz. Szőlőcukor (glükóz) összegképlete: C 6 H 12 O 6 Szőlőcukor (glükóz) szerkezete (6 tagú gyűrű) A ribóz és dez oxi ribóz szerkezete (5 tagú gyűrű) Összetett szénhidrátok: kettő vagy több egyszerű cukormolekula összekapcsolódásával keletkeznek víz kilépése közben (diszacharidok, poliszacharidok). Tulajdonságok összehasonlítása: Képződés Monoszacharidok egyszerű cukrok Poliszacharidok nem cukorszerű szénhidrátok napenergia 6CO 2 + 6H 2 O klorofill C 6H 12 O 6 +6H 2 O n C 6H 2O 6 (C 6 H 10 O 5 ) n +(n-1)h 2O Ízük édes nem édes Vízben való oldékonyság oldódnak nem, vagy csak rosszul oldódnak Fontosabb képviselőik szőlőcukor (glükóz), gyümölcscukor keményítő, cellulóz, glikogén Emészthetőség Felszívódnak, nem kell bontani. keményítő szőlőcukorrá bomlik glikogén szőlőcukorrá bomlik cellulóz csak a baktériumok enzimjei bontják (emészthetetlen rostanyag élelmi rost) Természetes előfordulásuk vér, gyümölcsök, zöldésgek, méz stb. keményítő növények tartalék tápanyaga (mósosult szárban az ún. gumóban, pl. burgonya; szemtermésekben, pl.: rizs, búza) glikogén állati keményítő; májban izmokban cellulóz növények vázanyaga, a sejtfalat építifel.

28 2. Egyed alatti szerveződési szint Szerves molekulák 27/ fehérjék Fehérjék alapegységei, az aminosavak. A fehérjék felépítésében 20-féle aminosav vesz részt, amelyek csak az oldallánc szerkezetében különböznek egymástól. 58. _Aminosavak általános képlete 59. _A peptidkötés kialakulása A fehérjékben az aminosavak peptidkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A molekulákban sok, legalább 50-60, esetenként több száz aminosav kapcsolódik öszsze egyetlen polipeptidlánccá. A fehérjék tehát makromolekulák. Egy polipeptidlánc térbeli szerkezetét az határozza meg, hogy a felépítésében részt vevő aminosavak milyen sorrendben kapcsolódnak egymáshoz Fizikai, kémiai alapismeretek Enzimek A sejtek anyagcsere-folyamatai során átalakuló anyagok többsége a szervezeten kívül változatlan marad. A szervezetek energiaigényének jelentős részét a szőlőcukor lebontása fedezi. A szőlőcukor oxidációja széndioxidra és vízre nagy energia-felszabadulással jár. A szőlőcukor az élő szervezetek sejtjeiben uralkodó, aránylag alacsony hőmérsékleten kevéssé reakcióképes, nem alakul át szén-dioxiddá és vízzé oxigén jelenlétében. A jelenség magyarázata, hogy ilyen alacsony hőmérsékleten a szőlőcukor molekulák nem rendelkeznek az átalakuláshoz szükséges energiatöbblettel, nincsenek aktivált állapotban. 60. _Az aktiválási energia alakulása katalizátor nélkül és katalizátorral Az átalakulás sebessége növelhető a hőmérséklet emelésével vagy katalizátor alkalmazásával. Magasabb hőmérsékleten a molekulák nagyobb hányada rendelkezik az átalakuláshoz szükséges energiatöbblettel, az aktiválási energiával. Ez az út az élő szervezetekben nem járható, hiszen a magas hőmérséklet roncsolja a sejtek szerkezetét. A katalizátorok viszont azáltal növelik az átalakulás sebességét, hogy olyan reakcióutat nyitnak meg, amelynek kisebb az aktiválási energiája. A biokémiai átalakulásokat fehérjemolekulák, enzimek katalizálják. Az enzimeknek köszönhetően az anyagcsere-folyamatok viszonylag nagy sebességgel játszódnak le a sejtekben uralkodó alacsony hőmérsékleten, és közreműködésükkel gyorsan átalakulnak az egyébként stabil szerves molekulák is. 61. _Az enzimreakciók mechanizmusa Az enzimek a felületükön található aminosav-oldalláncok révén, felszínükön különböző anyagokat kötnek meg. Csak olyan molekulák kapcsolódhatnak, amelyek térszerkezete ezt lehetővé teszi. A kötődő kiindulási anyagok reakcióba lépnek egymással, átalakulnak termékké. A reakció végén a termékek leválnak az enzimről, mert térszerkezetük már nem illeszkedik az aktív centrumhoz. A termékek leválása után az enzim újabb kiindulási anyagokat köthet meg, újabb átalakulást katalizálhat. Minden olyan körülmény (testhőmérséklet, ozmotikus viszonyok, kémhatás megváltozása), amely módosítja az enzimek szerkezetét, megváltoztatja az enzimek működését, és ezzel együtt a sejt anyagcseréjét. A fehérjék előfordulása: enzimek (minden sejtben), összhúzékony fehérjék (izom), vázanyagok (csontok), receptorfehérjék (szaglóhám), szállítófehérjék (hemoglobin), tartalék tápanyagok, antitestek (vérplazmában), jelölő fehérjék (vörös vértestek felszínén), véralvadás szabályozó fehérjék.

29 2. Egyed alatti szerveződési szint 2.3. Sejtalkotók (az eukarióta sejtben) 28/60 A fehérjéket alkotó aminosavakból nyolcat nem képes az emberi szervezet előállítani. Ezeket nevezzük nélkülözhetetlen vagy esszenciális aminosavaknak. Egyetlen esszenciális aminosav átmeneti hiánya is súlyosan befolyásolhatja a fehérjeszintézist. Főleg állati eredetű élelmiszerek tartalmazzák nukleotidok,nukleinsavak A nukleinsavak a sejtek információtároló és -közvetítő vegyületei. Felépítő egységeik, a nukleotidok [egy öt szénatomos cukorból (pentóz; penta- jelentése: öt-), egy foszforsavból és egy nitrogéntartalmú szerves bázisból képződnek]. 62. _Nukleotid 63. _DNS molekula A dezoxribonukleinsav (DNS) nukleotidjaiban az öt szénatomos cukor a dezoxiribóz. A DNS-molekulák két polinukleotid-láncból állnak, amelyek egymás körül feltekeredve jellegzetes kettőscsigavonal-szerkezetet alkotnak. A szerves bázisok a hélix (hélix = csigavonal) belsejében rejtőznek. A DNS-molekulák között a nukleotidok kapcsolódási sorrendje, a bázissorrend jelenti a különbséget. Az egyik polinukleotid-lánc bázissorrendje egyértelműen meghatározza a másik lánc bázissorrendjét. A két polinukleotid DNS lánc kettős spirált alkot. A két lánc párhuzamos, mert a nagyobb méretű bázissal szemben kisebb méretű bázis van. A két lánc között a befelé forduló bázisok komplementer (=egymást kiegészítő) bázispárokat hoznak létre H kötéssel (adenin=timin, guanin citozin) A DNS befelé forduló alakú, azaz a biológiai hatást hordozó bázisok védetten állnak, nem hozzáférhetőek (információvédett). Működéskor enzimek hatására szétnyílik: fehérjeszintézisnél m RNS (hírvivő RNS) képződése, azaz transzkripció (átírás), sejtosztódásnál DNS megkettőződése 64. _Kromoszómaszerkezet változása a sejtciklus alatt Eukarióta sejtmagban a DNS kettős spirálja fehérjékre tekeredve kromatinállományt (kromatinfonál) hoz létre, ami még hozzáférhető az enzimek számára (ilyen formában történik az mrns átírás és a DNS megkettőződése). Sejtosztódáskor azonban a DNS-láncok még jobban feltekerednek fehérjék segítségével, így mikroszkóppal látható tömör kromatidák jönnek létre Sejtalkotók (az eukarióta sejtben) A sejtciklus Az osztódóképes eukarióta sejtek élete, a sejtciklus két részre, a nyugalmi szakaszra és az azt követő sejtosztódásra tagolható. A nyugalmi szakasz elején a sejt növekszik, tömege, térfogata gyarapodik, mert benne intenzív anyagcserefolyamatok zajlanak. Amikor eléri a megfelelő méretet, DNS-állománya 65. _Kromatidák kialakulása megkettőződik. A nyugalmi szakasz végén a sejt felkészül a hamarosan bekövetkező sejtosztódásra. A sejtciklus alatt jellegzetes változások történnek a sejtmag DNSállományában. A nyugalmi fázisban a magplazma csaknem egynemű. A kromoszómák ilyenkor laza, kinyúlt állapotban vannak. Bázissorrendjük így íródhat át RNS-re, vagy szolgálhat mintaként a megkettőződéshez. (Ezért az ilyen kromoszómaszerkezetet funkciós formának nevezzük.) A DNSállomány megkettőződése után az utódmolekulák kettős hélixei nem válnak el egymástól, hanem az ún. befűződési pontban együtt maradnak. A sejtosztódás elején fénymikroszkópban is látható testecskék jelennek meg a magban. (A funkciós formájú kromoszómák ugyanis fehérjemolekulák segítségével feltekerednek, rövidülnek, kialakulnak a szállításra alkalmas transzportkromoszómák.)

30 2. Egyed alatti szerveződési szint 2.3. Sejtalkotók (az eukarióta sejtben) 29/60 A sejtosztódás során a megkettőződő DNS-állomány a kromoszómában két egymással tartalmilag is egyenértékű részletet alkot. Ezek a kromatidák, amelyek mindegyike egy-egy kettős hélixből és fehérjékből áll. Egy kromoszómán belül a két kromatida DNS-e azonos bázissorrendű, mivel egyetlen kiindulási DNS-molekula megkettőződésével alakultak ki. A két kromatida többnyire csak egyetlen ponton kapcsolódik egymáshoz. A transzportkromoszómák két kromatidából épülnek fel, amelyek a befűződési pontban kapcsolódnak egymáshoz. A sejtciklus nyugalmi szakaszát követően az eukarióta sejtek kétféleképpen osztódhatnak, mitózissal vagy meiózissal. A mitózis számtartó osztódás, ami azt jelenti, hogy a folyamat alatt nem változik a sejtek kromoszómaszáma. A meiózis számfelező osztódás, az osztódás végén kialakult utódsejtek kromoszómaszáma pontosan fele a kiindulási sejtekének A sejtosztódás formái A sejtek osztódási ciklusa: nyugalmi szakasz, DNS-megkettőződés, nyugalmi szakasz, osztódás. 66. _Mitózis A mitózis számtartó osztódás, azaz nem jár a kromoszómaszám megváltozásával. Az osztódás előszakaszában a kromoszómák feltekerednek. A kromoszómák befűződési pontjuknál kapcsolódnak az osztódási orsó fonalaival. Megkezdődik a maghártya feldarabolódása. A középszakaszban a kromoszómák a sejt középső síkjába rendeződnek. A maghártya eltűnik. Az utószakaszban a kromoszómák kromatidái a befűződési pontnál elválnak egymástól, és a húzófonalak segítségével a sejt ellentétes pólusaira vándorolnak. A végszakaszban a két pólusra került kromoszómák körül kialakul a két sejtmaghártya, majd ezt követően megtörténik a citoplazma kettéválása is. A mitózis végeredménye két egyforma, a kiindulási sejttel megegyező kromoszómaszámú utódsejt. A folyamat lényege, hogy a sejtciklus nyugalmi szakaszában megkettőződött DNS tartalmú kromoszómák kromatidái elválnak egymástól, és megoszlanak a két utódsejt között. Mitózissal osztódnak például az egysejtű eukarióta élőlények sejtjei, a hajtásos növények osztódószövetének sejtjei és az állatok szöveti sejtjei. 67. _A meiózis A meiózis az eukarióta sejtek számfelező osztódása, melynek során a kétszeres kromoszómakészletű, sejtekből egyszeres kromoszómakészletű, utódsejtek képződnek. Az osztódást megelőzi a DNS-állomány megkettőződése a nyugalmi szakaszban. A meiózis folyamata két főszakaszra tagolható. Az I. főszakasz előszakaszában megkezdődik a kromoszómák kialakulása. A homológ kromoszómák befűződési pontjuknál összekapcsolódnak egymással, más szóval párokba rendeződnek. A szakasz végére kialakul az osztódási orsó és megkezdődik a maghártya feldarabolódása is. A középszakaszban az osztódási orsóhoz kapcsolódó homológ kromoszómapárok a sejt egyenlítői síkjába rendeződnek. A maghártya eltűnik. Az utószakaszban a húzófonalak hatására a homológ kromoszómapárok tagjai válnak el egymástól. A sejt két pólusára két kromatidából álló kromoszómák vándorolnak. A végszakaszban kialakul a két utódsejt maghártyája, és kettéválik a citoplazma is. Az I. főszakasz végére két utódsejt alakul ki. Az utódsejtek kromoszómakészlete egyszeres. Kromoszómáikat két kromatida építi fel. Az I. főszakaszt hosszabbrövidebb nyugalmi állapot követheti, azonban ez alatt nem történik DNS-megkettőződés. A II. főszakasz előszakaszában ismét kialakulnak a transzportkromoszómák és megjelenik az osztódási orsó is. A szakasz végén megkezdődik a maghártya feldarabolódása. A középszakaszban a kromoszómák a húzófonalak segítségével a sejt középső síkjába rendeződnek. Az utószakaszban a kromoszómák kromatidái elválnak egymástól, a sejt két pólusára egyetlen kromatidából álló kromoszómák vándorolnak.

31 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 6.1 Molekuláris genetika 30/60 A végszakaszban kialakulnak az utódsejtek. A négy utódsejt mindegyike haploid, és kromoszómáik egyetlen DNS kettős hélixet tartalmaznak, tehát a különböző génekből egy-egy példány van bennük. Meiózissal képződnek az állatok hím ivarsejtjei és petesejtjei, a növények spórái. A spórákból mitózissal jönnek létre a növények ugyancsak haploid (egyszeres kromoszómaszámú) ivarsejtjei. Genetikai változatosság eredete Megtermékenyítéskor a haploid (egyszeres kromoszómaszerelvényű) ivarsejtek egyesülnek egymással, sejtmagjuk összeolvad. A megtermékenyített petesejtben, a zigótában kialakul a testi sejtekre jellemző diploid (kétszeres kromoszómaszerelvényű) állapot. A zigóta kétszeres kromoszómakészletének egyik fele a hím ivarsejtből származó apai, másik fele a petesejtből származó anyai eredetű kromoszómákból áll. Az apai és anyai eredetű kromoszómák ugyanannak a génnek eltérő bázissorrendű változatait, alléljait tartalmazhatják. 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 6.1 Molekuláris genetika alapfogalmak Gén: a DNS egy szakasza, amely meghatározza egy fehérje aminosav-sorrendjét. Genotípus: a működő gének összessége. Fenotípus: a megjelenő látható tulajdonságok együttese. Kromoszóma: Fehérjékkel összekapcsolódó DNS-molekula a sejtmagban. A kromoszómák sejtenkénti száma a fajra jellemző. Homológ kromoszómapár: az apai és az anyai eredetű kromoszóma homológ kromoszómapárt alkot. A homológ kromoszómapár tagjai alakra és nagyságra külsőleg teljesen azonosak, azonos helyen azonos gének vannak, de génváltozataik különbözők is lehetnek. Az azonos színnel jelölt szakaszok allélpárokat jelölnek. Allélok: egy adott tulajdonságot meghatározó gének különböző változatai. Az ivaros szaporodásból következően minden tulajdonság génje kétszeresen van meg a genotípusban (anyai gén + apai gén). Az egy bizonyos tulajdonságot örökítő két gén allélpárt alkot. Homozigóta valamely génre nézve az az egyed, amely diploid sejtjeiben két azonos allélt (génváltozatot) tartalmaz (pl. AA vagy aa). Heterozigóta valamely génre nézve az az egyed, amely diploid sejtjeiben eltérő allélokat tartalmaz (pl. Aa). Domináns az allélpár tagjai közül az, amelyik elnyomja a másik, a recesszív (lappangó) allél hatását. Recesszív az allélpár tagjai közül az, amelyiknek elnyomja a hatását a domináns (uralkodó) allél. Az ember szöveteit felépítő, úgynevezett testi sejtekben 46 kromoszóma látható, amelyek nagyságuk és alakjuk szerint párokba rendezhetők. A kromoszómák között vannak olyanok, amelyek férfiakban és nőkben azonosak, ezek az úgynevezett testi kromoszómák. Az ember szöveti sejtjeiben 22 pár, azaz 44 testi kromoszóma van. A testi kromoszómák mellett még két ivari kromoszómát találunk. Az elnevezés arra utal, hogy ezeknek más tulajdonságok kialakítása mellett alapvető szerepük van az ivar meghatározásában. A nők sejtjeiben két egyforma (XX) ivari kromoszóma van. A férfiak X és Y ivari kromoszómái alakjukban és méretükben is jelentősen eltérnek egymástól, azaz nem azonos tulajdonságokra vonatkozó génsorozatokból állnak. 68. _NS megkettőződése A DNS-szintézise, megkettőződése a sejtosztódást előzi meg. A DNS kettőshélix-szerkezete magában hordozza a megkettőződés lehetőségét, hiszen mindkét szála mintaként szolgálhat egy-egy új polinukleotid-lánc képződéséhez. A DNS-szintézis kezdetén a két polinukleotid-lánc felnyílik, és a két lánc eltávolodik egymástól. Ezt követően a szintézist irányító enzim mindkét szál mellett megkezdi az új polinukleotid-láncok felépítését. Az enzim a bázispárképzés szabályainak megfelelően dezoxiribóz-tartalmú nukleotidegységeket épít be: adeninnal szemben timint, guaninnal szemben citozint és fordítva. A megkettőződés energiaigényét ATP hidrolízise fedezi. A szintézis végére kialakul a kettőshélix-szerkezet. A képződött DNSmolekulák egyik szála régi, a másik új. Ha a másolás közben nem történik hiba, két teljesen megegyező bázissorrendű kettős hélix jön létre.

32 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 6.2. Mendeli genetika 31/60 A fehérjeszintézis lépései 69. _Az információátadás menete a sejtben Átírás (transzkripció): A sejtmagban a DNS kettős spirálja az adott génszakaszon szétcsavarodik enzim hatására. A működő szálról kiegészítő mrns (meszendzser vagy hírvivő) másolat készül enzimek segítségével. Az mrns-molekula a sejtmaghártya pórusán át a fehérjeszintézis helyére a riboszóma felületéhez vándorol, és ott megkötődik. A trns (transzfer vagy szállító RNS) az aminosavakat a riboszómákhoz juttatja. Itt a bázishármasok sorrendje aminosav-sorrendre fordítódik át = tralszláció (lefordítás). A kész fehérje leválik a riboszómáról. Genetikai kód A genetikai kód az a jelrendszer, amely megfelelteti egymásnak a nukleinsavak bázisait és a fehérjék aminosavait. A fehérjeszintézis során 20-féle aminosav épülhet be a polipeptid-láncba, de a nukleinsavak molekuláiban csak négy különböző bázis található. Ha a genetikai kódban egy bázis jelentene egy aminosavat, akkor csak 4-féle aminosav beépítésére lenne lehetőség. Ha két bázis jelölne egy aminosavat, a különböző lehetőségek száma 16 lenne. A három bázisból álló jel már 64-féle lehetőséget kínál. 70. _Genetikai kód A jel háromtagú, vagyis három egymás melletti bázis határoz meg egy aminosavat. A bázishármasok között vannak olyanok is, amelyek a fehérjeszintézis kezdetét (lánckezdő jel) és olyanok is, amelyek a szintézis végét (stopjel) jelentik. A bázishármasok jelentését a kódszótár tartalmazza. A kódszótárban egyezményesen nem a DNS, hanem a fehérjeszintézisben közvetlenül részt vevő mrns bázishármasai szerepelnek. A kódszótárból kiolvasható, hogy az aminosavak jelentős részét nem egy, hanem több bázishármas is kódolja. 71. _Kódszótár A genetikai kód univerzális, vagyis az egész élővilágban egységes, vagyis a különböző élőlényekben ugyanaz a bázishármas ugyanazt az aminosavat jelenti. Ez döntő bizonyítéka az élőlények egységes származásának. A genetikai kód további fontos tulajdonsága, hogy egyértelmű, vagyis ugyanannak a bázishármasnak csak egyféle jelentése van. Vesszőmentes, vagyis a bázishármasok határát nem jelzi semmi. Leolvasása átfedés- és kihagyásmentes, tehát a bázishármasok folyamatosan követik egymást az mrns-en és minden bázis csak egy bázishármashoz, tartozik. Végül a kód degenerált, ami azt jelenti, hogy egy aminosavat több bázishármas is kódolhat Mendeli genetika minőségi jellegek Jelölések és jelentésük P: szülők (lat. parentes=szülők) F: utódok (lat. filiales=utód) F 1, F 2 : az F betűk indexe azt fejezi ki, hogy a szülőktől számítva hányadik utódnemzedékről van szó. X: a keresztezés jele, eredménye a hibrid. Domináns-receszív öröklődés

33 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 6.2. Mendeli genetika 32/60 Egyetlen tulajdonságpár öröklődését vizsgáljuk. Pl.: a maghéj jellegében eltérő homozigóta szülők keresztezése egymással. Sima magvú borsó (domináns tulajdonság, jelöljük a meghatározó allélpárt SS-sel) termőjét, a ráncos magvú borsó (recesszív tulajdonság, jelöljük a meghatározó allélpárt rr-rel) virágpora porozza be. F 1 Kombinációs táblázaton ábrázolva P: (Punet- SS tábla) X rr r r S Sr Sr S Sr Sr F 2 genotípus: 4 Sr; fenotípus: 4 sima Sr X S Sr S SS Sr r Sr rr genotípus: 1SS: 2Sr: 1rr fenotípus: 3 sima: 1 ráncos r Genotípus A genotípus elnevezése Fenotípus SS domináns homozigóta sima héjú Sr heterozigóta sima héjú rr recesszív homozigóta recés héjú Példák az emberi tulajdonságok öröklődéséből: Rh-vércsoport az Rh-pozitív vércsoportot kialakító allél a domináns (Rh-pozitív genotípusa: DD vagy Dd; Rh-negatív genotípusa: dd), a hajban megjelenő fehér tincs (ez a domináns jelleg), domináns jelleg a sötét (barna, fekete) szemszín a világosabbal (kék) szemben. 72. _A fehér hajtincs öröklődése egy családban Az emberi tulajdonságok öröklődésének vizsgálata a családfaelemzés A családfán szereplő egyedek fenotípusából következtetni lehet az allélikus kölcsönhatás típusára (domináns-recesszív, intermedier vagy kodominancia), valamint arra, hogy a gén testi, illetve ivari kromoszómán található-e. A jelleg öröklődésének ismeretében meg lehet jósolni, hogy egy érintett házaspár születendő gyermekei milyen valószínűséggel örökölhetik a jelleget. A családfán a nőket körrel, a férfiakat négyzettel jelölik, az egymást követő generációk külön sorokban szerepelnek. A házaspárokat egy vonallal kötik össze, gyermekeiket a következő sorban születésük sorrendjében balról jobbra ábrázolják. A vizsgált fenotípust mutató egyedeket rendszerint sötét (fekete) színnel jelzik. Kodominancia: az a jelenség, amikor az allélok heterozigóta állapotban egymás mellett, egymástól függetlenül megnyilvánulnak. Ilyen az AB0 vércsoportrendszer és a sarlósejtes vérszegénység is.

34 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció Példák 33/60 A vércsoportok öröklődése AB0- vércsoportrendszer Fenot Genotípus ípus AA, A A0 BB, B B0 AB AB 0 00 Az AB0-vércsoportrendszerben az emberek négy alapvető fenotípusba sorolhatók. Az A vércsoportúak vörösvértestein A-, a B vércsoportúakén B-, az AB vércsoportúakén pedig A- és B-antigén található. A 0 vércsoportú egyedek vérében nincs ilyen típusú antigén. A jelleg kialakításában egy testi kromoszómához kötött gén három allélja (A, B, 0) vesz részt. Ezek közül az A és a B domináns az 0-val szemben, az A és a B között viszont kodominancia lép fel. Ennek megfelelően a négyféle fenotípust hatféle genotípus alakítja ki. Az ivari kromoszómákhoz kapcsolt öröklődés Az élőlények ivari jellegét nem egy vagy néhány gén, hanem egy egész kromoszóma (embernél a 23. kromoszómapár) határozza meg. Ivari kromoszómák: az ivari jelleget kialakító kromoszómák vagy szexkromoszómák (a többi kromoszómát testi kromoszómának nevezzük). Az ember ivarának öröklődése (mindkét ivar keletkezésének valószínűsége 50%): A vérzékenység öröklődése (színtévesztés öröklődése) A véralvadást és a színlátást befolyásoló gének az X kromoszómán helyezkednek el. (A hibás gént tartalmazó kromoszóma jelölése: Х) normális nő X X Х Х X (hordozó nő) Х X(hordozó nő) Y XY (egészséges férfi) XY (egészséges férfi) vérzékeny férfi 73. _A vörös-zöld színtévesztés öröklődése A rendellenesség férfiakban lényegesen gyakoribb, mint nőkben. A színlátásért felelős gének az X kromoszómán helyezkednek el, és a normális színlátást biztosító allél (X A ) domináns, a színtévesztést kialakító allél (X a ) pedig recesszív. Színtévesztő nők csak a homozigóta recesszívek közül kerülnek ki, a heterozigótákban a domináns allél normális színlátást tesz lehetővé. Ezzel szemben a férfiak X kromoszómáján vagy a domináns, vagy pedig a receszszív allél található, így az előbbi esetben normális színlátásúak, míg az utóbbiban színtévesztők, hiszen Y kromoszómájukon nincs ilyen gén. A heterozigóta nők (X A X a ) fiai 50% valószínűséggel lehetnek színtévesztők, függetlenül attól, hogy apjuk színtévesztő-e vagy sem. Vérzékenység öröklődése A súlyos véralvadási zavarokkal járó vérzékenység egyik típusa, a hemofília X kromoszómához kötötten öröklődő recesszív jelleg. A hemofíliás betegekben külső vagy belső sérülések esetén csillapíthatatlan vérzés lép fel. A normális véralvadás egyik részfolyamatáért az X ivari kromoszómán található gén domináns allélja (X A ) felelős. A recesszív allél (X a ) által kódolt enzim nem működőképes, ezért a vérplazmában a fibrinogén nem alakul át a vér megalvadását okozó fibrinné. Az allélpár hiánya miatt a jelleg férfiakban sokkal gyakoribb, mint nőkben. Példák 1. Az albínó jelleg receszíven öröklődik. Milyen valószínűséggel lehet albínó utód fekete színű nőstény és albínó hím keresztezésekor? Albínó genotípusa: aa (recesszív homozigóta) Fekete genotípusa: vagy AA (domináns homozigóta), vagy Aa (heterozigóta) a a a a A Aa Aa A Aa Aa A Aa Aa a aa aa Mind a 4 utód fekete Fekete: 2, albínó: 2 6 fekete: 2 albínó A valószínűség albínó utódra 3 : 1, vagyis 25 %. 2. Kizárható-e apasági keresetnél a B vércsoportú apa, ha az anya vércsoportja AB, a gyermeké pedig A? Az anya ( ) heterozigóta, genotípusa tehát AB Az apa (feltételezett, ) B vércsoportú, genotípusa lehet: BB homozigóta, B0 heterozigóta.

35 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció mennyiségi jellegek 34/60 B AB X BB B B 0 A A A A A A B B B B B B 0 B B B Itt nincs B A vércsoportú B 0 utód. AB X B0 A -vércsoportú utód lehetséges tehát, ha az apa genotípusa B0, ezért nem zárható ki az apasági keresetnél. P P P X F F 1 F F F F PF P P F F P P P F P X F P 2 F P P P P F P F F F F P F Intermedier (átmeneti, köztes) öröklődésmenet A tulajdonságot kialakító allélpár mindkét tagja azonos mértékben fejti ki hatását. Pl.: a csodatölcsérfélékhez tartozó estike homozigóta piros és homozigóta fehér virágú változatának keresztezése Genotípuvezése A genotípus elne- Fenotípus PP homozigóta piros virág PF heterozigóta rózsaszín virág FF homozigóta fehér virág mennyiségi jellegek A mennyiségi tulajdonságok túlnyomó többségének a kialakulásakor sok gén allélpárjainak a hatás összegződik. A mennyiségi jellegek kialakulása jelentős mértékben függ a környezettől. A mennyiségi jellegek megoszlása egy populációban Fokozatosan változó jellegek (pl.: magasság) egy edek száma haranggörbe Modifikáció: a fenotípusnak az életkörülmények hatására létrejött, nem öröklődő módosulata. Pl.: a gyermekláncfű (pitypang) az alföldi tájakon magasra nő, a hegyekben élők kis termetűek.

36 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció A mutáció 35/ A mutáció Mutáció: valamely tulajdonság egyetlen nemzedéken belüli ugrásszerű, öröklődő megváltozása. 1. Génmutáció (a DNS-molekula megkettőződése közben mehet végbe a meiózis során): egyetlen gén szerkezete, azaz bázishármasainak sorrendje változik meg. 2. Kromoszómamutáció vagy struktúrmutáció: a meiózis során valamely kromoszóma szerkezete megváltozik (kiesés, kettőződés, megfordulás, áthelyeződés). 3. A fajra jellemző kromoszómaszám megváltozása (Down-kór).

37 5. Egyed feletti szerveződési szintek 36/60 5. Egyed feletti szerveződési szintek Egyed feletti szerveződés Egyedek csoportjaiból álló, összehangolt működésű közösség. A szerveződési szintek egymásra épülnek, a magasabb szintek magukba foglalják az alacsonyabbakat: populáció társulás biom (A legnagyobb ökológiai közösség, amelynek határait elsősorban az éghajlat határozza meg. Hasonló éghajlati igényű társulások összessége. Szárazföldi biom például a trópusi esőerdő, a sivatag, a mérsékelt övi füves puszta.) bioszféra Populáció Az ökológia az élőlények egymás közötti és az élettelen környezettel való kölcsönhatásait vizsgálja. (A szó a görög oikosz= lakás, környezet szóból származik.) Élőhely (biotóp): földrajzilag jól elkülönülő hely, amelyben a környezeti tényezők egységesek és megteremtik az életfeltételeket az ott élők számára. Populációnak (népességnek) nevezzük az egy fajba tartozó élőlények csoportját, amelyek szaporodási közösséget alkotnak, és földrajzilag jól elkülönülnek ugyanazon faj más csoportjaitól. [A hóvirág fajba beletartozik az összes hóvirág, ami a Földön megtalálható. Egy-egy fajnak sok népessége lehet. A Mecsekben élő gímszarvasok és a Zempléni-hegység gímszarvasai például egy fajba, de két külön népességbe tartoznak, hiszen nincs közöttük kapcsolat, nem szaporodnak egymással. A faj és a népesség között tehát az a különbség, hogy a népességbe csak az egy helyen és egy időben élő fajtársak tartoznak. Ezzel szemben az egy fajba sorolt egyedek igen nagy távolságban is élhetnek egymástól. Gímszarvasok például nemcsak Európában fordulnak elő, hanem Észak-Amerikában is. Ezenkívül a fajba beletartoznak azok az egyedek is, amelyek már elpusztultak. Az ősemberek által sok ezer évvel ezelőtt elejtett gímszarvasokat is ugyanabba a fajba soroljuk, mint a ma élőket.] A populációk egyedszámának időbeli változása Populációk korlátlan növekedése A populáció akkor éri el maximális szaporodási képességét, ha élőhelyén egyetlen környezeti tényező sem korlátozza a növekedését és minden egyed számára optimálisak a szaporodási lehetőségek. Az egyedszám ilyen típusú változását az ún. korlátlan növekedési görbe mutatja be. Populációk korlátozott növekedése A populációk korlátlan növekedésének természetesen előbb-utóbb határt szab a környezeti erőforrások kimerülése. A tápanyagok mennyiségének csökkenése, a terület szűkössége, különböző káros anyagcseretermékek felhalmozódása előbb-utóbb korlátozza a populáció gyarapodását. Általában egyetlen korlátozó tényező is elegendő a növekedési ütem lassulásához. A populációk korlátlan növekedési görbéje Számos populációra (pl. baktériumok, egyes rovarok, rágcsálók, nyulak, egynyári növények stb.) megfelelő környezeti feltételek mellett rendkívül gyors szaporodási arányjellemző. Kedvező körülmények között a populáció egyedszáma rohamosan nő, elér egy maximális értéket, majd a környezeti erőforrások kimerülése miatt gyorsan lecsökken. Ha a környezeti feltételek újra kedvezőkké válnak, az egyedszám ismét gyors növekedésnek indul, és hamarosan eléri a korábbi magas értéket. Az ilyen populációk általában gyorsan és kiszámíthatatlanul változó környezetben élnek, nemzedékeik gyorsan követik egymást, és a rövid időn belül szaporodóképessé váló egyedek nagyszámú utódot hoznak. Az ilyen élőlények populációi jellemzően szélsőséges éghajlatú területek (sivatag, tajga, tundra), folyó- és tengerpartok időszakosan elöntött ártereinek lakói. A frissen elpusztult vagy megsérült élőhelyi területeket (például az erdőirtásokat) is elsőként ezek a populációk népesítik be, amelyeket lassan felváltanak a tartósan megtelepedő populációk. A populációk korlátozott növekedésének görbéje A természetes életközösségekben az egyedszám a környezet eltartó képességének megfelelő egyedszám körül ingadozik (egyensúlyi helyzet alakul ki). Példa: olyan társulások, amelyekben a környezeti feltételek többé-kevésbé állandóak, például egy tölgyesben vagy egy bükkösben. (Az erdőben a fák meghatározott távolságra állnak egymástól, gyökérzetük akkora helyet foglal el, amennyi a tápanyagellátásukhoz szükséges. Az ott élő gímszarvasok egyedszáma is csaknem változatlan, a populáció nagyságát elsősorban az élőhelyen található táplálék mennyisége szabja meg. A populációt meghatározó élőlények rendszerint hosszú életűek, életük alatt több alkalommal hoznak utódot. Utódaik életben maradási esélyei meglehetősen nagyok.) Gradáció: túlszaporodás. Például: gyapjaslepke túlszaporodása (az erdők és gyümölcsösök éjszakai lepkéje) mezei pocok túlszaporodása, sáskajárás stb. Az egyedsűrűség csúcsértékének elérése után bekövetkezik az összeomlás. A populáció nagy halandóságot mutat a táplálékhiány, a természetes ellenségek elszaporodása miatt.

38 5. Egyed feletti szerveződési szintek 37/60 A populációk koreloszlása (korfa) A populációra jellemző koreloszlást korfán ábrázolják. Stabil kormegoszlás esetén a különböző korosztályokhoz tartozó egyedek aránya nemzedékről nemzedékre változatlan. A populáció egyedszáma egy átlagérték körül ingadozik. Az emberi népességek fiatalodó, hirtelen szétterjedő populációban a fiatal egyedek részesedése nagy. Az ilyen népességekre gyors növekedési ütem jellemző a magasabb halálozási arány ellenére is. A fejlődő országok népességeiben tapasztalható ilyen koreloszlás. A hanyatló populációban az idős korcsoportok részesedése nagy, a fiatal korosztályoké csekély. A népesség egyedszáma ezért folyamatosan csökken, annak ellenére, hogy a halálozási arány csökken. Hazánk népességére jelenleg ez a koreloszlás jellemző A populáció és az élettelen környezet kapcsolata Legegyszerűbb esetben a populációt egyetlen környezeti tényező függvényében figyeljük meg. Környezet mindaz az élő és élettelen tényező, ami egy élőlényt általában körülvesz és biztosítja annak létét. I. A környezeti tényezők típusai: 1.) Élettelen: fény, hő, víz, levegő, talaj (sugárzások, stb.); A talaj kialakulása a földkéreg felszíni rétegében történik. A földkéreg felszíni kőzetei csak hosszú fizikai, kémiai és biológiai folyamatok során alakulnak talajjá. A fizikai aprózódást a napi hőmérséklet ingadozása ill. a kőzetrepedésekbe beszivárgott víz feszítő ereje okozza. A törmelék nagy felületen érintkezik a környező levegővel és vízzel. E közegben játszódik le a kőzetek kémiai mállása. Az így keletkezett agyagos kőzettörmelék csak akkor válik termőképes talajjá, ha biológiai mállás hatására megkezdődik a humuszképződés. Az elpusztult állatok maradványai a talajban elbomlanak. Egy részük sötét színű szerves anyagokká alakul, ezek összessége a humusz. A talajlakó élőlények táplálkozása mozgása összekeveri a talajt, így különböző minőségű talajrészecskék alakulnak ki. 2.) Élő: saját populáció és az idegen populáció tagjai. II. A környezet változása 1.) időbeli periódikus v. szabályosan ismétlődő (pl. évszakok váltakozása), előrehaladó 2.) térbeli horizontális v. vízszintes (A fényviszonyokat megszabja egyrészt a földrajzi szélesség: az Egyenlítőnél erősebb és több közvetlen fény van, a sarkokra inkább szórt fény jut a féléves nappalokon, majd ezt a fél évig tartó éjszaka követi. A hőmérséklet az Egyenlítőtől a sarkok felé csökken, ez összefügg a fény beesési szögével. Minél kisebb szögben érkezik a fény, annál kisebb a nyert hő.) vertikális v. függőleges (A fényviszonyokat és a hőmérsékletet másrészt a mély tengerektől a magas hegyekig terjedő tengerszint feletti magasság szabja meg.) domborzattól (kitettségtől) függő A tűrőképesség az élőlény tulajdonsága, amely meghatározza, hogy egy-egy élőlény milyen körülményeket tud még elviselni, és melyekhez nem tud már alkalmazkodni. Minimumérték: a környezeti hatások még éppen elviselhető alsó határa Maximumérték: a környezeti hatások még éppen elviselhető felső határa Optimumérték: az élőlény számára legkedvezőbb körülmények. Tág tűrésűek: egymástól távoli minimum- és maximumértékkel jellemezhető fajok. Szűk tűrésűek: egymáshoz közeli minimum- és maximumértékkel jellemezhető fajok. A hőmérséklet hatása egy népesség életműködéseire A populációnak valamely környezeti tényező változásaira adott válaszát optimumgörbével jellemezzük.

39 5. Egyed feletti szerveződési szintek 38/60 Az a populáció, amely széles határok között elviseli a vizsgált környezeti tényező változásait, tág tűrésű. Az, amelyik érzékenyen reagál a környezeti tényező kisebb mértékű változására, szűk tűrésű. Szűk, átlagos és tág tűrésű népességek tűrőképességi görbéje Egy populáció elterjedését alapvetően az a környezeti tényező határozza meg, amelyre nézve szűk tűrésű. [A malária kórokozóját terjesztő foltos maláriaszúnyog a levegő páratartalmát tekintve szűk tűrésű, mert számára a legkedvezőbb a 90% körüli relatív páratartalom, ennél szárazabb levegőn populációinak egyedei nem életképesek. A hőmérséklet szempontjából viszont tág tűrésű a foltos maláriaszúnyog, hiszen populációi az Egyenlítőtől a sarkkörökig előfordulnak a mocsaras területeken.] A legtöbb környezeti tényezőre nézve tág tűrésű fajok populációi (pl.: vándorpatkány) rendszerint nagy elterjedési területtel bírnak. A több szempontból is szűk tűrésű populációk élőhelye a speciális környezeti igények miatt erősen behatárolt. Ebbe a csoportba tartozik például a trópusi esőerdők legtöbb populációja. Indikátor szervezetek Vannak olyan populációk, amelyek egy-egy környezeti tényező változására olyan érzékenyen reagálnak, hogy jelenlétükkel vagy hiányukkal indikátorként jelzik az adott környezeti tényező hatását. A csalán például tömegesen jelenik meg azokon a helyeken, ahol a talaj sok nitrogénvegyületet tartalmaz. Más szóval a csalán jelenléte jelzi a talaj magas nitrogéntartalmát. A zuzmók nagyon érzékenyek a levegő kén-dioxiddal való szennyezettségére. Jelenlétük vagy hiányuk egy területen pontos jelzője a levegőszennyeződés mértékének. A városok belső, ipar és közlekedés által legjobban szennyezett területeiről hiányoznak. A zöldövezetekben azonban már megjelennek a kevésbé érzékeny zuzmópopulációk A populáció és az élő környezet kapcsolata 1. Populáción belüli kapcsolatok Alapfogalmak: Territórium: az állatok fajonként változó jellegű térigénye (gyűjtögetéshez vagy vadászathoz elegendő, általában a szaporodási területtel is megegyezik), az állat által védett terület. Rangsor: az állatok társas kapcsolataiban uralkodó alá- és fölérendeltségi viszony, amely legtöbbször a fizikai fölény, tapasztaltság vagy bátorság révén alakul ki. Önzetlen magatartás vagy altruizmus (szülők gondozói viselkedése; mértéke egyenesen arányos a rokonság fokával). Célja az adott tulajdonság fenntartása a populációban. Agresszió: az egy fajhoz tartozó egyedek valamely értékes erőforrás (pl. táplálék, nőstény, alvóhely) megszerzése vagy birtoklása érdekében társaikat fizikailag bántalmazzák, vagy azzal fenyegetik. Rituális (szertartásos, jelképes) harc: a legtöbb fajban a küzdelem ritualizálódott, vagyis elrettentő pózokban megnyilvánuló fenyegetéssé módosult. (A gímszarvasbikák párviadala az esetek döntő többségében már a bőgési csata során eldől, vagyis a mélyebb, erősebb hangú bikát meg sem közelítik a vetélytársak. A hangerőre egyforma állatok a párhuzamos séta során mérik fel egymás testi erejét. A bikák nyaka vastagabbnak látszik a valóságosnál, mert nyaklebernyeg vagy sörény növeli az átmérőjét.) Behódolás (meghátrálás): 2. Populációk közötti kapcsolatok A populáció legegyszerűbb élő környezeti tényezője egy másik populáció, amely rá kedvező, kedvezőtlen és semleges hatást fejthet ki (+: kedvező hatás, -: kedvezőtlen hatás, 0: nincs hatás). Ha a két populáció közötti kölcsönhatást páronként vizsgáljuk, és a sorrendnek nincs jelentősége, akkor összesen hatféle kölcsönhatási típus alakulhat ki: (++; +-; --; 00; +0; -0)

40 5. Egyed feletti szerveződési szintek 39/60 Másik Egyi k 0 + Semlegesség (a két populáció közt nincs kapcsolat) "nagy közös asztal" (kommenzalizmus) antibiózis A kölcsönhatásban "nagy közös asztal" (kommenzalizmus) együttélés szimbiózis élősködés (parazitizmus) zsákmányolás-legelés antibiózis élősködés (parazitizmus) zsákmányolás-legelés versengés Szimbiózis v. együttélés (+,+): mindkét fél számára előnyös kapcsolat, a társszervezetek kölcsönösen segítik egymás elterjedését. Példák: Nagyszámú gombafaj gombafonalai például helyettesítik a növény gyökérszőreit, felveszik a talajból a vizet és az ásványi sókat. A gomba pedig a növény által előállított szerves anyagokat hasznosítja. A pillangósvirágú növények gyökérgümőiben élő nitrogéngyűjtő baktériumok felveszik és beépítik szerves anyagokba a levegő nitrogénjét. A társnövény így nitrogénben szegény talajon is jól fejlődhet. A baktériumok anyagcseréjükhöz szerves anyagokat nyernek a növénytől. A kevés oldott oxigént tartalmazó trópusi tengerek korallzátonyain a korallállatkák zöldmoszatokkal élnek szimbiózisban. A moszatok a csalánozók anyagcseréjéből szén-dioxidhoz és nehezen hozzáférhető ásványi anyagokhoz, például foszfát-ionokhoz jutnak. A korallok a fotoszintézis termékeit, a szerves anyagokat és az oxigént hasznosítják. Táplálkozási kölcsönhatás v. (predáció) (+, ): a fogyasztó populációnak előnyös, a fogyasztottnak (lehet növény vagy állat), hátrányos. Élősködés v. parazitizmus (+, ) : a táplálkozási kölcsönhatás speciális esete, amikor a fogyasztó faj a fogyasztottnak nem a teljes szervezetével táplálkozik, hanem csak részben vagy csak lassanként pusztítja el azt. A prokarióták közül legismertebb élősködők a kórokozó baktériumok. A szádorgók fák gyökerén élősködő növények. Szívógyökereiket a gazdaszervezet edénynyalábjainak háncsrészébe mélyesztik, és a szerves anyagok oldatait szívják el. Sejtjeikben nincsenek zöld színtestek, heterotróf anyagcseréjűek. A peronoszpóra gombafonalai a levél gázcserenyílásain keresztül hatolnak be a gazdanövény szervezetébe, ahonnan szerves anyagokat vesznek fel. Versengés v. kompetíció (, ): kölcsönösen előnytelen kapcsolat. Hasonló környezeti igényű (különböző fajhoz tartozó) populációk között alakul ki, amennyiben a környezeti erőforrások valamelyike korlátozott mennyiségben van jelen. A versengő populációk kölcsönösen korlátozzák egymás elterjedését, ezért a kölcsönhatás mindkét fél számára hátrányos. A versengés akkor a legerősebb, ha a két populáció környezeti igényei azonosak. Például: Az erdőtársulásban élő fák versengenek a fényért, a talajban levő vízért és az ásványi tápanyagokért. A rovarevő madarak között versengés alakul ki a közös zsákmányért. Ha két növényevő populáció egyedeinek ugyanaz a tápláléknövénye. Közös a táplálékforrása a szavanna dögevőinek, a keselyűknek és a hiénáknak is. Asztalközösség v. kommenzalizmus (+,0): az egyik fél számára előnyös, a másik számára közömbös kapcsolat. Például: fák és a törzsükön megtelepedő mohák, a fa tövének szélárnyékában felnövő kicsi növény és a fa, a ragadozók és a dögevők (az oroszlán és az általa elejtett és már elhagyott tetemen lakmározó hiénák). Antibiózis (0,-): az egyik populáció számára közömbös, a másik számára viszont hátrányos. gombák általi antibiotikumtermelés, amely a baktériumok szaporodását gátolja (antibiotikum: élő szervezetek -gombák, baktériumok- anyagcsere-termékeként létrejött hatóanyag) diófa által termelt gyökérsavak más növény csírázását gátolják. (Valójában a negatív hatás kifejtése-különböző anyagok termelése- energia-befektetésbe kerül, a természetben pedig nem jellemző az energia-befektetés haszon nélkül. A gomba a baktériummal azonos tápanyagforrásokat használ, így antibiózis nélkül versengeni lenne kénytelen, akárcsak a diófa az alatta felnövő másik fával. Így az antibiózis is inkább az egyik populáció számára előnyös, a másik számára hátrányos +- kölcsönhatás, akárcsak a táplálkozási kölcsönhatás vagy az élősködés.) 5.2. Életközösségek (társulások) az életközösségek (társulások) jellemzői Az életközösségek szerveződési szintjei

41 5. Egyed feletti szerveződési szintek 40/60 Társulás, életközösség (biocönózis): Egy élőhelyen, egy időben élő növény- gomba-, mikroorganizmus és állatpopulációk összessége társulást alkot. Az ilyen életközösségben a különböző fajok meghatározott arányban vannak jele, és az egyes egyedek száma csaknem állandó. A trópusi esőerdők szintezettsége Társulások térbeli szerkezete A társulások fontos jellemzője a térbeli szerkezet. A függőleges elrendeződés a szintezettség, amely a növénypopulációk fényért való versengésének eredménye. A különböző növényzeti szintekben eltérő fényviszonyokhoz alkalmazkodott populációk élnek. A trópusi esőerdők legfényigényesebb populációi az óriásfák, őket követik a középső lombkoronaszint fái, valamint a lombsátor felső részében megtelepedő fán élő növények és liánok. Az alsó lombkoronaszint fái, valamint a cserje- és a gyepszint növényei árnyéktűrők. A növénypopulációk vízszintes elrendeződése a mintázat, amely elsősorban a talajból felvehető tápanyagokért és a vízért folyó versengés eredménye. A növénypopulációk szintezettségét és mintázatát követve, környezeti igényeiknek megfelelően helyezkednek el az állatpopulációk is. A hazai tölgyesben az erdei vöröshangyák az avarszintben és a gyepszintben keresik táplálékukat, a keresztespók viszont a cserjeszintben és a lombkoronaszintben feszíti ki hálóját. A madarak közül a cinegék a fák lombkoronaszintjében fészkelnek, a fülemülék pedig a cserjeszintben. Társulások időbeli változásai A térbeli szerkezet mellett időbeli változások is jellemzőek a társulásokra. Az időbeli változások a populációk eltérő aktivitásával, élettevékenységével magyarázhatók. Az évszakok váltakozása miatt szabályosan bekövetkező, visszatérő állapotai a társulásoknak az aszpektusok. A hazai erdőkben tavasszal, lombfakadás előtt virágszőnyeg borítja a talajt. Mire a fák rügyei kihajtanak, az aljnövényzet virágos növényei termést és magot érlelnek, majd föld feletti részeik elszáradnak. Lombfakadás után a gyepszintben már csak árnyéktűrő fajokat találunk. Őszre a fák és a cserjék termést érlelnek, majd a hideg elleni védekezésül lehullatják leveleiket. Feladat: Egy tó feltöltődésének folyamatán keresztül mutassa be az életközösségek előrehaladó változásait. A társulásfejlődés közismert példája a tavak feltöltődése. A folyók, patakok által szállított hordalék fokozatosan feltölti a tómedret. A part menti nádas terjeszkedésével a nyílt víztükör egyre kisebb lesz. A nád a meleg nyári napokon sok vizet párologtat, ezért a tó vízszintje csökken, a tó helyén mocsaras terület alakul ki. A folyamat zárótársulás kialakulásával végződik. Ismertesse a gyomnövény fogalmát, hozzon rá példát. Gyomnövényeink: a pipacs, a búzavirág, csalán, szarkaláb, stb. Bioszféra Bioszféra: a Föld azon helyeinek összessége, ahol élet van. Civilizációs ártalmak: helytelen életmód, kábítószer-fogyasztás, túlzott gyógyszerfogyasztás, vegyszerek károsító hatásai. Pusztító emberi beavatkozások: az esőerdők irtása, a monokultúrák hatása, kőolajszennyezés, stb. Védő emberi beavatkozások: nemzeti parkok, nemzetközi egyezmények. Globális (az egész Földet érintő) problémák: népességrobbanás, globális felmelegedés, hulladékprobléma, savasodás, a tengerek-óceánok, édesvizek problémái, az ózonpajzs csökkenése.

42 5. Egyed feletti szerveződési szintek 41/ Ökoszisztéma Ökoszisztéma, ökológiai rendszer: magában foglalja az életközösséget és környezetét. Az ökoszisztéma részei között anyag- és energiaforgalom zajlik. Az anyagforgalom szempontjából a bioszféra zárt rendszernek tekinthető, mert ökoszisztémái nem hasznosítanak Földön kívülről származó anyagokat. A bioszférában zajló folyamatokat a Nap sugárzó energiája tartja fenn, az energiaforgalmat tekintve a bioszféra tehát nyílt rendszer anyagforgalom Az ökológiai piramis Táplálékhálózat egy magyarországi mezőn Termelők, fogyasztók, lebontók Minden élőlény szerves anyagokat hasznosít életjelenségei során, ezekből építi fel testének anyagait, ezek elégetéséből nyer energiát életműködéseihez. A társulásokban a növények képesek a napfény energiáját felhasználva széndioxidból és vízből fotoszintézissel szerves anyagokat és oxigént előállítani. Ezért a növényeket a társulások termelőinek nevezzük. A fajok többsége más élőlények szerves anyagaival táplálkozik, vagyis fogyasztó. A növényevők a termelők szerves anyagait veszik fel, ezért őket elsődleges fogyasztóknak nevezzük. A növényevőkkel táplálkozó ragadozók a másodlagos fogyasztók. Gyakori, hogy a másodlagos fogyasztókat még további, nagyobb termetű ragadozók ejtik zsákmányul, ezek a harmadlagos fogyasztók. A tápláléklánc utolsó tagja a csúcsragadozó. A mezők táplálékhálózatában csúcsragadozó például az egerészölyv. Az egymással táplálkozási kapcsolatban álló népességek táplálékláncokat alkotnak. Az állatok azonban rendszerint nem csak egy, hanem többféle népesség egyedeit zsákmányolják. Ezért a táplálékláncok egymással sokszorosan összekapcsolódnak. Így az életközösségekben táplálékhálózatok alakulnak ki. Az ökoszisztémák anyagforgalma Az ökoszisztémák anyagforgalma körfolyamat, mert a felhasznált anyagok a termelőktől a fogyasztók szervezetébe kerülnek, majd az élőlények maradványaiból származó anyagokat a lebontók ismét a termelők számára felvehető formába alakítják. Ez azt jelenti, hogy az oxigén, a szén-dioxid, a víz és az ásványi anyagok újra és újra felhasználhatók az ökoszisztémákban. A különböző anyagok körforgása egyszerre zajlik, számos ponton találkozik, és együttesen alakítják ki az ökoszisztémák anyagforgalmi rendszerét. Szén körforgása A légkörből fölvett szén-dioxid a növényekben a fotoszintézis során beépül a szerves anyagokba. A szerves anyag végighalad a táplálékláncon: a termelőkből az elsődleges fogyasztókba, onnan a másodlagos fogyasztókba stb. kerül. A szerves anyagok mennyisége az egyes táplálkozási szinteken folyamatosan csökken, hiszen minden élőlény elégeti szerves anyagainak egy részét. A lassú égés során képződő szén-dioxid a légkörbe kerül, így a növények ismét felhasználhatják fotoszintézisükhöz. A szerves anyagok egy része nem jut tovább a tápláléklánc következő fogyasztó népességéhez, hanem szerves maradványok, hulladékok formájában a talajba, a vízbe jut. A szerves maradványokat a lebontó szervezetek alakítják át szén-dioxiddá, és juttatják vissza a légkörbe.

43 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 42/ energiaáramlás Energiaáramlás az életközösségekben Az ökoszisztémák energiaáramlása egyirányú folyamat. A társulások termelőiben, vagyis a növényekben található a legtöbb szerves anyag. A belőlük táplálkozó elsődleges fogyasztókban a szerves anyag mennyisége már kevesebb, és így tovább. Az egymást követő táplálkozási szinteken a népességek egyre kevesebb egyedből állnak. A csúcsragadozók ezért viszonylag ritkák a növényevőkhöz képest. Az energiaveszteség miatt a társulások folyamatosan energia utánpótlásra szorulnak, amit a napsugárzás biztosít. Az életközösségekben az egyik táplálkozási szint szerves anyagainak csak kis hányada, mintegy 10%-a jut át a következő szintre. A mozgásból és a hőtermelésből adódó energiaveszteség a csúcsragadozók populációiban a legnagyobb, elérheti akár a 90%-ot is! 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 6.3 Populációgenetika és evolúciós folyamatok Az evolúció egy élőlénycsoport nemzedékről nemzedékre bekövetkező fejlődése. Sokszor azonban nehéz eldönteni, hogy mi és miben fejlettebb, ezért nevezzük a populáció minden továbbható változását evolúciónak. Genetikai szempontból úgy is mondhatjuk, hogy evolúció a populáció allélgyakoriságának bármilyen megváltozása adaptív evolúciós folyamatok Az adaptáció, alkalmazkodást jelent. Az adaptív evolúció tehát a populáció allélgyakoriságának olyan megváltozását jelenti, amely a populációt alkalmasabbá teszi az adott környezetben való életre. Az adaptív evolúció létrejöttének módja az, hogy a mutáció a populációban sokféle allélt hoz létre. Az így létrejövő egyedek sokféleségéből a szelekció válogat. Az új környezethez való adaptív evolúciós változás oda vezet, hogy a sok új, vagy akár egyetlen jelentősen új tulajdonságot mutató populáció már nem lesz képes az eredeti populációval szaporodni, tehát az eredetileg egy fajba sorolt egyedek az adaptív evolúciós változás során új, a megváltozott körülmények között életképesebb, rátermettebb fajjá alakulnak át. A szelekció iránya (amennyiben mennyiségi tulajdonságra irányul) lehet: a) Stabilizáló szelekció: a populációban az átlagérték tulajdonságokat mutató egyedek szaporodási fölénye a szélső értékeket mutató egyedekkel szemben. Például a pázsitfüvek esetében a levélszélesség kedvező az intenzívebb fotoszintézis szempontjából, de szárazabb körülmények között hátrányos a nagyobb párologtatás veszélye miatt. Ugyanitt a keskenyebb levél a párologtatás csökkentése miatt kedvezőbb, de hátrányos a kisebb mértékű fotoszintézis miatt. Ezen az élőhelyen a stabilizáló szelekció eredményeképpen a közepes levélszélességű egyedek lesznek szelekciós előnyben. b) Irányító szelekció: a populációkban általában a környezeti tényezők tartós változása következtében olyan kiválogatódás, melyben az átlagértéket mutató egyedekkel szemben Stabilizáló szelekció Irányító szelekció Szétválasztó sz. a szélső értéket képviselő egyedek szaporodási fölénye figyelhető meg. Pl.: a nyírfaaraszoló lepkének világos és sötét színváltozata van. A világos színezetet egy gén recesszív, a sötét színt pedig a gén domináns allélja határozza meg. A 18. század első felében a lepkének szinte csak világos színű példányai fordultak elő Manchester környékén, a sötét színezetű fenotípus gyakorisága 0,001 körüli érték volt. A sötét mintázatú rovarokat ugyanis a nyírfák kérgén és a világos zuzmóval borított felületeken a madarak könnyen észrevették és elfogyasztották. A sötét színt kialakító domináns allél gyakoriságát a szelekció igen alacsonyan tartotta. Az ipari forradalom idején egyrészt szennyezés borította be a fák kérgét, másrészt a légszennyeződés hatására a zuzmók eltűntek. A sötét felszínen a világos lepke vált feltűnővé: néhány évtized alatt a környék nyírfaaraszolópopulációiban a sötét és világos fenotípusok aránya megfordult. A kevéssé szenynyezett területeken, illetve azokon a helyeken, ahol a 20. században a környezetvédelmi intézkedések hatására tisztább lett a levegő, a világos színű nyírfaaraszolók vannak többségben.

44 6. Öröklődés, változékonyság, evolúció 43/60 Mocsaras, nedves élőhelyeken a nagy levélfelületű, széleslevelű pázsitfűfélék szelekciós előnyben vannak a keskenyebb levelűekkel szemben. Ezen az élőhelyen ugyanis a minél intenzívebb fotoszintézis előnyét nem veszélyezteti a nagyobb párologtató felület, hiszen víz, bőségesen rendelkezésre áll. c) Szétválasztó, mikor a szélső értékek részesülnek előnyben, és az átlagost pusztítja. Például a savas és a lúgos phjú talajon élő egyedek előnyben részesülnek a semleges ph-jú talajon élőkkel szemben. [Mesterséges szelekció A szétválasztó szelekcióval - akárcsak a stabilizáló szelekcióval gyakran élnek a mezőgazdasági gyakorlatban. A szarvasmarha tenyésztésben például elkülönülnek a tej- illetve a húshozamra szelektált fajták.] A természetes szelekció eredményeként a populációkban a környezetnek egyre jobban megfelelő fenotípusok terjednek el, így tehát a népességek alkalmazkodnak környezetükhöz. Az evolúciónak ezt a formáját adaptív evolúciónak nevezzük (adaptáció = alkalmazkodás). Az adaptív evolúciós folyamatok eredménye jól megfigyelhető a különböző éghajlatú területeken honos, egymással közeli rokonságban álló egy családba tartozó emlősállatok testfelépítésében. Az emlősök állandó testhőmérséklete a hőszabályozás segítségével, a hőtermelés és a hőleadás egyensúlyának beállításával alakul ki. A testhőmérséklet fenntartásához szükséges hő a sejtek lebontó folyamataiban szabadul fel, ezért a hőtermelés sebessége a testtömegtől függ: minél nagyobb tömegű az állat, annál nagyobb lehet a hőtermelés mértéke. A hőleadás viszont a testfelületen keresztül zajlik: minél nagyobb a test felülete annál nagyobb lehet a hőleadás. A hideg területeken honos fajok rokonaikhoz képest nagyobb tömegűek, de tömegükhöz viszonyított testfelületük kisebb, a felületet növelő, kiálló testrészeik (pl. a fülkagylójuk) kisméretűek. A meleg éghajlaton honos fajoknál ezek a testarányok éppen fordítottak. A három vizsgált rókafaj (sivatagi, vörös, sarki) közül a meleg éghajlaton élő sivatagi róka testtömege a legkisebb, nagy füleinek felületén keresztül pedig jelentős hőleadásra képes. A tajga és a tundra területein élő sarki róka testtömege nagy, és dús bunda segít megőrizni a megtermelt hőt. Testfelülete a lehető legkisebb, apró fülein is kevés hő távozhat a környezetbe. A vörös róka a mérsékelt övezetben él. Rókafajok alkalmazkodása élőhelyük hőmérsékleti viszonyaihoz Az új környezethez való adaptív evolúciós változás oda vezet, hogy a sok új, vagy akár egyetlen jelentősen új tulajdonságot mutató populáció már nem lesz képes az eredeti populációval szaporodni, tehát az eredetileg egy fajba sorolt egyedek az adaptív evolúciós változás során új, a megváltozott körülmények között életképesebb, rátermettebb fajjá alakultak nem adaptív evolúciós folyamatok Vannak teljesen véletlenszerű, a környezethez való alkalmazkodást nem segítő, sőt ritkán az adaptációval ellentétes evolúciós változások is. Ezek a nem adaptív evolúciós folyamatok például a génáramlás, a genetikai sodródás és a beltenyésztés. Ezek instabil, a genetikai egyensúlytól eltérő populációkat hoznak létre, amelyekre azután fokozottabb lesz a szelekció hatása. Minthogy a szelekció folytonosan hat, a nem adaptív evolúció hosszú távon nem tud az adaptáció ellen dolgozni. Génáramlás Egy faj populációi többnyire nem elszigeteltek egymástól, a szomszédos populációk között kisebb-nagyobb mértékű vándorlás lehetséges. Az elvándorló egyedek új élőhelyük népességében szaporodnak, így megváltozhat mind az eredeti, mind az új populációban az allélgyakoriság. A be- és kivándorlás következménye a génáramlás. Genetikai sodródás A véletlenszerűen, hirtelen bekövetkező allélgyakoriság-változást genetikai sodródásnak nevezzük. Genetikai sodródás történik, ha egy populáció egyedszáma túlságosan lecsökken. Ilyen esemény lehet, ha a populáció eredeti környezetéhez legjobban alkalmazkodó egyedek nagy része valamely véletlen esemény (pl. áradás, vulkánkitörés) miatt elpusztul, és éppen a kedvezőtlen sajátságokat kialakító allélok maradnak fenn nagyobb arányban. A genetikai sodródás előre látható következménye, hogy a populációban a géneknek kevés vagy csak egyetlen allélja marad, ezért a népesség egyedei nagymértékben homozigóták. A genetikai sokszínűség csökkenése pedig rontja az egyedek alkalmazkodási képességét a környezet változásaihoz. A populációk mérete és ezzel együtt genetikai sokszínűsége csökkenhet a kultúrterületek terjeszkedésével, a vadon élő növényzet felhasználásával (pl. fakitermeléssel), a természetes élőhely méretének csökkenésével, a vadállatpopulációk túlzott mértékű vadászatával. Az 1890-es években a kíméletlen vadászat miatt az északi elefántfóka populációjának egyedszáma 100 alá csökkent. A kihalás szélére került faj a hatékony természetvédelmi intézkedéseknek köszönhetően megmenekült, populációjának egyedszáma már meghaladja a százezret. A megnövekedett populáció egyedeinek genetikai vizsgálata során azonban megállapították, hogy génjeik túlnyomó részének csak egyetlen allélváltozata van. A populációk egyedszámát csökkentheti akár egy út megépítése is. Az életközösség élőhelyét átszelő közút soksok élőlény számára átjárhatatlan. Ezen élőlények esetén az eredeti populáció két kisebbre esik szét, amelyekben már előtérbe kerülhet a sodródás. Beltenyésztés A populációk genetikai összetételének változásához vezet, ha a populáció egyedei nem véletlenszerűen szaporodnak egymással. Szélsőséges esetben gyakori lehet a rokon egyedek egymás közti szaporodása, a beltenyésztés. A beltenyésztés során jelentősen nő a populációban a homozigóták gyakorisága. Az ember a háziasított élőlények mesterséges