201

7 GENETIKA

a. Osnovni genetički pojmovi i njihovi međuodnosi

Definicija genetike i povezanost s ostalim biološkim disciplinama

Genetika je znanost koja se bavi istraživanjem svih aspekata nasljeđivanja. Nasljeđivanje se

može proučavati na raličitim organizacijskim razinama života – na razini molekula,

kromosoma, stanica, jedinki, populacija, vrsta itd.

Predmeti proučavanja genetike jesu struktura, prijenos i djelovanje njasljedne tvari u stanici.

Proučavanje nasljeđivanja na razini jedinki bavi se KLASIČNA ili MENDELOVA

GENETIKA

Područje genetike koje istražuje nasljeđivanje na razini stanica i kromosoma jest

CITOGENETIKA

Područje genetike koje se bavi nasljeđivanjem na razini populacija jest POPULACIJSKA

GENETIKA

Istraživanje nasljeđivanja na razini molekula jest MOLEKULARNA GENETIKA

Područje genetike koje na temelju strukture i funkcije genetičkog materijala te analize

nasljeđivanja na razini populacija i vrsta potvrđuju evolucijske postavke jest EVOLUCIJSKA

GENETIKA

Razvojem tehnika molekularne genetike utemeljeno je najnovije područje genetike

GENETIČKO INŽENJERSTVO

Genetika je povezana sa svim biološkim disciplinama koje proučavaju pojedine skupine

organizama (botanika, zoologija, biologija čovjeka, mikrobiologija...) jer se s genetičkog

stajališta istražuju sve skupine organizama. Genetika je najdublje povezana s biologijom

stanice (� citogenetika – proučava promjene broja i oblika kromosoma vidljive

mikroskopom) i molekularnom biologijom (� molekularna genetika – proučava

202

naslijeđivanje na razini molekule DNA odnosno RNA). Izvan biologije, genetika je najdublje

povezana s biotehnologijom (genetičko inženjerstvo), medicinom (najviše nas zanima naša

vlastita genetika, genetika čovjeka, kako bismo spriječili i liječili genetske poremećaje) i

statistikom (populacijska genetika).

Nasljedna tvar i nasljedna svojstva

Nasljeđuje se uputa za izgradnju i funkcioniranje organizma, a ta je uputa sadržana u genima.

Dakle, nasljeđuju se geni koji određuju svojstva (FENOTIP→ svaka morfološka osobina

vidljiva okom). Skup svih gena jednog organizma naziva se GENOTIP. Gen je dio molekule

DNA koja sadrži uputu za strukturu određenog polipeptida (bjelančevine). Gen je dio

molekule DNA koje se zajedno prepisuje u RNA (najčešće mRNA). Nasljedna je tvar, dakle,

DNA.

Nasljedna svojstva → značajke organizma koje su rezultat nasljeđivanja (prijenosa nasljedne

tvari s roditelja na potomke). Ona nisu fizička osnova nasljeđivanja, nego su to geni koji

određuju ta svojstva.

Genotip i fenotip

GENOTIP – svi geni nekog organizma; genetička struktura jedinke.

FENOTIP – izgled i funkcija organizma kao rezultat međudjelovanja njegova genotipa i

okoliša.

Odnos gena i okoline u oblikovanju fenotipa

Na fenotip utječu i geni i okolina (dostupnost hranjivih tvari, izloženost štetnim

tvarima, kod ljudi odgoj...). Geni određuju okvire unutar kojih okoliš može utjecati na

fenotip. Ponekad su okviri široki, a ponekad izrazito uski. Uglavnom su okviri

poligenskih svojstava (fenotipska značajka pod kontrolom većeg broja gena) širi u

odnosu na monogenske okvire (jedno svojstvo – jedan gen).

203

Klon i populacija

KLON – populacija stanica ili organizama koji su nastali mitozom od jedne stanice ili

zajedničkog pretka. Kloniranje je vrsta nespolnog razmnožavanja. Tako se razmnožavaju

biljke, mnogi mikroorganizmi i neke jednostavne životinje. Primjeri: jagoda se klonira

vriježama, krumpir gomoljima, afrička ljubičica i carska begonija listovima...

POPULACIJA – skup jedinki iste vrste koje žive na određenom prostoru u određenom

vremenu (mogu se međusobno razmnožavati). Svi su pripadnici iste populacije povezani

nizom svojstava: sličan genotip i fenotip, razmnožavanjem, način prehrane i ponašanje.

Primjeri: svi maslačci na jednoj livadi, šišmiši u jednoj spilji...

b. Kemijska građa i mehanizam djelovanja gena

Građa, uloga i svojstva nukleinskih kiselina

(vidi više o nukleinskim kiselinama u 1. poglavlju Biologija stanice)

Podjela nukleinskih kiselima: DNA (deoksiribonukleinska kiseline, dvolančana), RNA

(ribonukleinska kiselina, uglavnom jednolančana) → može biti mRNA („messenger RNA“ ili

„glasnička RNA“), tRNA („transfer RNA“ ili „transportna RNA“), rRNA („ribosomal RNA“ ili

„ribosomska RNA“)

DNA (deoksiribonukleinska kiselina) – čine je dva polinukleotidna lanca omotana oko

zamišljene osi u dvolančanu zavojnicu. Osnovna jedinica strukture molekule DNA je

NUKLEOTID. Svaki nukleotid čine: ŠEĆER (pentoza – deoksiriboza), FOSFATNA SKUPINA i

DUŠIKOVA BAZA (purinske dušikove baze jesu adenin i gvanin, a pirimidinske timin i

citozin). Baza je vezana za šećer preko 1C atoma. Fosfatna je skupina vezana za šećer

preko 5C atoma. Novi se nukleotidi vežu na hidroksilnu skupinu ( -OH) na atomu

šećera. To je 3' kraj polinukleotidnog lanca. Drugi kraj lanca jest 5' kraj. Polinukleotidni

lanci su antiparalelni, a međusobno su povezani vodikovim vezama između

komplementarnih dušikovih baza (adenin s timinom, gvanin s citozinom).

Uloga nukleinskih kiselina: pohranjivanje i nasljedni prijenos upute za građu i funkcioniranje

organizma.

Svojstva nukleinskih kiselina: Pohranjivanje informacije, sposobnost udvostručivanje,

stabilnost strukture, mogućnost promjene.

204

RNA – građena je od ribonukelotida povezanih u lanac na isti način kao u molekuli DNA.

Šećer je riboza. Ona sadrži na atomu 2C OH–skupinu koje nema u deoksiribozi. To je jedina

razlika između ta dva šećera. U strukturi RNA umjesto timina dolazi uracil.

Uloga molekula RNA

Tip RNA Uloga

mRNA Donosi prijepis upute s molekule DNA za

redoslijed aminokiseline u proteinu

tRNA Donosi odgovarajuću aminokiselinu na

ribosom tijekom sinteze proteina

rRNA Sudjeluje u građi ribosoma i povezivanju

aminokiselina peptidnom vezom u lanac

Upravljanje gena životnim procesima (biosinteza proteina)

� Glasnička ili mRNA – prenosi genetički informaciju iz jezgre u citoplazme.

Proces sinteze mRNA na polinukleotidnom lancu kalupu DNA naziva se

PREPISIVANJEM ili TRANSKRIPCIJOM (na principu komplementarnih baza s

pomoću enzima RNA–polimeraze.)

� Molekula mRNA nosi informaciju u obliku tripleta baza koje nazivamo

KODON. Nakon što je transkripcija završena, mRNA prolazi kroz pore

jezgrine membrane u citoplazmu do ribosoma.

� Prijenosna ili tRNA – prenosi aminokiseline do ribosoma, MJESTA

BIOSINTEZE BJELANČEVINA. Postoji najmanje 20 tRNA, po jedna za svaku

aminokislinu. Molekula tRNA je jednolančana, a jedan kraj sadrži triplet

nukleotida – ANTIKODON – on je komplementaran jednom ili više kodona

u molekuli mRNA. Drugi kraj molekule tRNA nosi mjesto za prihvaćanje

aminikiseline.

205

� Ribosomska RNA ili rRNA – sastavni je dio ribosoma

� Nakon transkirpcije u citoplazmi dolazi do sinteze bjelačevina kroz proces

PREVOĐENJA ili TRANSLACIJE → ribosom se kreće duž molekule mRNA

(ona sadrži kodon), a u citoplazmi se nalaze i molekule tRNA (one na

jednom kraju sadrže antikodon, a na drugom neku aminokiselinu) →

antikodon je komplementaran kodonu, a prepoznaju se na temelju

vodikovih veza koje se uspostavljaju među njima. Npr. jedan od kodona za

aminokiselinu fenilalanin je UUU, dakle komplementarni antikodon na

molekuli tRNA je AAA. U citoplazmi postoji enzim koji će tu aminokiselinu

vezati za tRNA s antikodonom AAA, a kada se u području prevođenja

prijepisa (na ribosomima) pojavi kodon UUU, s njime će se, na principu

komplemetarnosti, vezati antikodon AAA koji čini jedan kraj tRNA, te

aminokiselina fenilalanin koja je vezana na drugom kraju tRNA → zaFm će

molekula rRNA omogućiti vezivanje fenilalanina s prethodnom kiselinom

(stvara se peptidna veza), a mRNA će se pomaknuti za jedan triplet u svrhu

vezivanje neke nove aminokiseline → taj se proces ponavlja sve dok se u

području prevođenja pojavi jedan od STOP kodona (UAA, UAG, UGA),

dok je prvi kodon kojega ribosom prevodi START kodon (AUG).

c. Građa i organizacija nasljedne tvari virusa, prokariota i eukariota

Kromosomska teorija nasljeđivanja

U sintetskoj (S) fazi životnog ciklusa stanice, pomoću enzima DNA polimeraze odvija

se semikonzervativna replikacija DNA (na svakom lancu sintetizira se novi,

komplementaran tako da se svaka nova DNA sastoji od jednog roditeljskog i jednog

novosintetiziranog lanca), kod eukariota svaka udvostručena DNA čini dvije kromatide

kromosoma međusobno povezane centromerom (pričvrsnicom pomoću koje se

pričvršćuju za diobeno vreteno) – eukariotski kromosom sastoji se od DNA omotane

(pakirane) oko bjelančevina, to je transportni oblik DNA koji je najjače spiraliziran

(najgušće pakiran) u metafazi diobe (prije razdvajanja kromatida koje je time

206

olakšano). Sva biološka svojstva stanice određena su genima tj. dijelovima molekula DNA

koje se prenose iz roditeljske stanice na stanicu potomak u obliku kromosoma (1 molekula

DNA � 1 kromosom – ali kromosom prije diobe sadrži 2 iste molekule DNA jer se DNA

udvostručila), kromosom je gusto pakirani oblik u kojem se molekula DNA nalazi za vrijeme

stanične diobe.

Temeljna građa, broj i vrsta kromosoma, kromosomske garniture

S obziroma na staničnu građu razlikujemo prokariotski i eukariotski kromosom.

o PROKARIOTSKI: kružna dvolančana molekula DNA. Takve kromosome imaju

bakterije, virusi i organeli eukariotske stanice (plastidi i mitohondriji).

o EUKARIOTSKI: štapićasta struktura koja se nalazi u jezgri i ima linearno

poredane gene, nastaje zgušnjavanjem tankih niti kromatina za vrijeme stanične

diobe. Izgrađen od DNA i proteina.

GRAĐA KROMOSOMA

1. Kromatida

2. Centromera (pričvrsnica)

3. Kraći krak

4. Duži krak

207

Razlika između genskog sustava bakterije i virusa i eukariota

VIRUSI – nemaju staničnu organizaciju, sadrže jednu molekulu nukelinske kiseline

(DNA ili RNA, jednolančana ili dvolančana, linearna ili kružna) koja im čini cijeli

genom – ona se nalazi unutar bjelančevinastog omotača, tj. kapside.

Virusi su obligatni paraziti, tj. nemaju vlastitu izmjenu tvari, niti se mogu sami

razmnožavati → ovise o živoj stanici koju napadaju (koriste njene mehanizme za

replikaciju DNA te transkripciju i translaciju).

BAKTERIJE – nositeljica genetičke upute jest kružna prstenasta molekula –

NUKLEOID (bakterijski kromosom). Uz bakterijski se kromosom u stanici mogu

208

nalaziti i plazmidi, male kružne molekule DNA – one su nezavisne samoreplicirajuće

čestice, sadrže mali broj gena, često važnih za bakterijsku otpornost na antibiotike i

druge funkcije koje nisu nužne za preživljavanje bakterije u normalnim uvjetima, ali

mogu omogućiti preživljavanje u promijenjenim, nepovoljnim uvjetima (npr. F-

plazmid omogućuje izmjenu genetičkog materijala izmeñu bakterija

konjugacijom).

EUKARIOTI - genetski materijal je organiziran u KROMOSOM - svaki sadrži jednu

molekulu linearne DNA koja je povezana s HISTONIMA (proteini) – koji formiraju

KROMATIN – sadrži ponavljajuće jedinice – NUKLEOSOME.

Kada se stanica ne dijeli DNA i udruženi proteini pojavljuju se kao vlakanasta masa –

KROMATIN

d. Značenje mejoze i križanja za nasljeđivanje

Osnovna načela određivanja spola (u čovjeka i drugih sisavaca)

Čovjek u tjelesnim stanicama ima 46 kromosoma (2n=46): 22 para autosoma

(tjelesnih kromosoma) i jedan par spolnih kromosoma. Po spolnim se

kromosomima razlikuju kromosomski setovi muškarca i žene:

ŽENE: 44+X+X

MUŠKARCI: 44+X+Y

kariotip žene (nema Y

kromosoma)

kariotip muškarca

kariotip muškarca

209

Nakon gametogeneze u ženke svaka jajna stanica sadrži jedan X kromosom –

homogametan spol

Nakon gametogeneze u mužjaka ½ spermija ima X kromosoma, a ½ ima Y

kromosoma (heterogametan spol). Ako jajnu stanicu oplodi spermij s X

kromosomom, iz novonastale zigote kromosomske garniture 44 +X+X razvit će se

jedninka ženskog spola. Ako jajnu stanicu oplodi kromosom s Y kromosomom,

zigota će imati kromosomsku garnituru oblika 44+X+Y pa će se razviti jednika

muškog spola.

Uzroci varijabilnosti ( = raznolikosti genotipa i fenotipa različitih organizama iste

vrste)

MUTACIJE – iznenadna promjena nasljedne tvari → mogu biti genske

(točkaste) i kromosomske.

GENSKE – događaju se unutar jednog gena → nastaju novi oblici alela.

Promjene u molekuli mogu nastati u tjelesnim stanicama (somatske

mutacije), ali i u gametama (germinativne mutacije). Somatske mutacije

nisu nasljedne → nisu nastale u gametama. Primjeri: bijeli pramen kose u

ljudi, šarolikost cvjetova i listova u nekih biljaka, ali se pretpostavlja da

maligne bolesti (tumori) započinju kao somatske mutacije. Geminativne su

mutacije nasljedne i utječu na gensku varijabilnost vrsta.

Mutacije mogu nastati SPONTANO (same od sebe), a mogu biti

INDUCIRANE (nastaje djelovanjem nekog čimbenika).

Molekularna osnova i spontanih i inuciranih mutacije je ista → nastaju zbog

grešaka u replikaciji DNA, tj. mogu nastati supstitucijom (zamjena jednog

nukleotida i njegova para u lancu), adicijom (umetanje jednog ili više

parova nukleotida), delecijom (gubitak jednog ili više parova nukleotida).

Kromosomske mutacije obuhvaćaju promjenu broja ili promjenu strukture

kromosoma (kromosomske aberacije)

Promjene broja kromosoma: Može zahvaćati sve kromosome u

kromosomskom setu (euploidija) ili pojedine kromosome (aneuploidija)

210

EUPLOIDIJA

MONOPLOIDI ILI HAPLOIDI POLIPLOIDI

Imaju jedan set kromosoma(n).

Nastaju iz neoplođene jajne stanice i

vrlo su rijetki u viših organizama. Npr.

mužjaci pčele, tj. trutovi su haploidi

jer se razvijaju iz neoplođene jajne

stanice

Tri ili više setova korosoma:

triploid(3n), tetraploid(4n),

pentaploid(5n)...

Ograničeno na biljno carstvo

Npr. kultivirani krumpir je tetraploid,

a kultivirana pšenica heskaploid.

Promjene strukture kromosoma (kromosomske aberacije)

Posljedica su loma kromosoma ili pogrešaka tokom krosingovera.

Kromosomske aberacije djelimo na delecije, duplikacije, inverzije i

translokacije

MODIFIKACIJE – nenaslijedne promjene nastale uslijed utjecaja okoliša. Nastaju najčešće

djelovanjem klimatskih utjecaja (temperatura, vlaga, svjetlost, nadmorska visina i dr.).

Pocrnjela koža na suncu je primjer privremene modifikacije.

REKOMBINACIJE – 3 su izvora odgovorna za genetičku raznolikost, a to su:

Kromosomske aberacije: a) delecija b)duplikacija c) inverzija d) translokacija

211

• nezavisna orijentacija i razilaženje kromosoma

• krosingover

• slučajna oplodnja

Rekombinacija se javlja i u bakterija (prokarioti) – to su procesi transformacije, konjugacije i

transdukcije.

KRIŽANJE – miješanje genskog materijala dvaju roditelja, još se naziva i hibridizacija.

Značenje nezavisnog razdvajanja homolognih kromosoma i krosingovera

U profazi I. prilikom sparivanja homolognih kromosoma u bivalente može doći do

izmjene genetičkog materijala (crossing-over = ukriženje) između nesestrinskih

kromatida, a u anafazi I. i II. svaki bivalent odnosno homologni kromosom razdvaja se

neovisno o ostalima (postoji slučajnost poput bacanja novčića na koji će pol stanice

otići majčin odnosno očev kromosom) – sve to doprinosi varijabilnosti, jer zbog tih

procesa gamete nisu identične stanici od koje su nastale niti međusobno, nego mogu

nastati razne kombinacije.

Dominantna i recesivna svojstva, roditeljska (parentalna) i generacija

potomaka (filijalna)

DOMINANTNA (PREVLADAVAJUĆA) SVOJSTVA: dolaze do izražaja u fenotipu ako

su prisutna u genotipu.

RECESIVNA (POTISNUTA) SVOJSTVA: dolaze do izražaja u fenotipu samo ako u

genotipu nisu prisutni odgovarajući dominantni aleli.

RODITELJSKA (PARENTALNA) LINIJA: P-generacija, to su jednike kojima

počinjemo križanje.

GENERACIJA POTOMAKA (FILIJALNA): F1-generacija (prva filijalna generacija), te

jedinke predstavljaju potomke. Ako potomke, odnosno jedinke F1-generacije križamo

međusobno ili se oni samooplode (grašak je samooplodna biljka, tj. u svakom se

212

cvijetu nalaze i muški i ženski rasplodni organi pa se redovito jajna stanica oplodi

peludom istog cvijeta), dobit ćemo drugu filijalnu generaciju, tj. F2-generaciju.

Alel, homozigotni i heterozigotni organizmi

Svaki gen u diploidnoj (tjelesnoj) stanici dolazi u paru, a nazivamo ih aleli. Aleli se

nalaze na oba homologna kromosoma. Točan položaj gena na kromosomu naziva se

lokus. Za svaku karakteristiku jednika nasljeđuje dva alela: jedan od oca, drugi od

majke. Jedinka koja nosi iste alele za određeno svojstvo jest homozigot (KK ili kk).

Jedinka koja nosi različite alele za neko svojstvo je hetrozigot (Kk ili kK).

Primjeri monohibridnog, dihibridnog i intermedijarnog križanja

MONOHIBRIDNO KRIŽANJE: Praćenje jednog svojstva križanjem

generacije F1. U ovom primjeru križamo visoku jedinku graška (AA) s

niskom jednikom graška (aa)

Kao rezultat monohibiridnog križanja javljaju se dominantni i recesivni oblici u

približnom omjeru 3:1

213

DIHIBRIDNO KRIŽANJE: križanje u kojemu istodobno pratimo nasljeđivanje dvaju

svojstava, primjerice oblika i boje sjemenke graške.

Npr. križamo grašak okruglih i žutih sjemenki (OOŽŽ) s graškom naboranih i zelenih

sjemenki (oožž) – dakle to jeP-generacija koju predstavljaju homozigoti za ove dvije

osobine. Očito je da aleli „O“ i„Ž“ predstavljaju dominantne alele, a„o“ i „ž“ recesivne.

214

Kao rezultat dihibridnog križanja javljaju se dominantni i recesivni oblici u približnom

omjeru 9:3:3:1. Ovdje Mendel uočava da se svojstva nasljeđuju neovisno jedno o

drugom.

INTERMEDIJARNO KRIŽANJE: Nasljeđivanje u kojemu nema dominacije i

recesivnosti, a može se prikazati na primjeru križanja biljke zijevalice crvenog (C1C1) i

bijelog cvijeta (C2C2). U generaciji F1 sve su jedinke bile ružičaste boje. U generaciji F2

križanjem ružičastih zijevalica (samooplodnja) fenotipski omjer iznosi 1(crvena

zijevalica) : 2(ružičaste zijevalice) : 1 (bijela zijevalica). Dakle, očekivali bi da se u F1

generaciji pojave crveni cvjetovi, ali to nije slučaj! Naime alel C1 nije dovoljan za

proizvodnju dovoljne količine crvenog pigmenta, pa su cvjetovi u F1 generaciji svjetliji

Dihibridno križanje

215

u usporedbi s roditeljom. Tu govorimo o NEPOTPUNOJ DOMINACIJI (alel C1 ne

dominira u potpunosti nad alelom C2)

Između pojedinih alela može postojati križanje s dominacijom (monohibridno

križanje), a mogu postojati i aleli bez dominacije (intermedijarno križanje).

Mendelovi zakoni u riješavanju različitih tipova zadataka križanja

Mendelovi zakoni:

• 1. Mendelov zakon ili zakon o jednoličnosti generacije F1 govori da

križanjem čiste linije jedinki, tj. homozigotnih roditelja (AA, aa) nastaju

potomci generacije F1 koji su međusobno jednaki. Dakle, ako križamo

niski grašak s niskim graškom, svi su potomci niski, ta je karakteristika

recesivna, a da bi bila vidljiva u fenotipu oba alela moraju biti recesivna

(aa)

216

• 2. Mendelov zakon ili zakon segregacije (odvajanja alela tijekom mejoze)

u generaciji F2. Omjeri pojedinih svojstava konstantni su. Kod

monohibridnog križanja s dominacijom promatra se jedno svojstvo koje

se nasljeđuje, s tim da jedna biljka nosi dva dominantna alela (AA), a

druga dva recesicna za isto svojstvo (aa). Križanjem će se u F1 generaciji

pojaviti samo dominantna karakteristika, dok će u F2 generaciji doći u

omjeru 3:1

• 3. Mendelov zakon ili zakon neovisnog nasljeđivanja govori da se

pojedina svojstva (nasljeđuju se odvojeno) prilikom križanja dviju jedinki

raspoređuju slučajno, bez vidljivih pravila. Zato kod dihibridnog križanja

imamo 16 mogućih kombinacija alela.

1. zadatak

Križanjem miševa crne boje dobiveno je deset crnih i tri bijela miša. Koje je svojstvo

dominantno, a koje je recesivno? Koji je genotip parentalne generacije?

Rješenje:

Iz omjera 10:3 što možemo svesti na približan omjer 3:1 proizlazi da je crna boja

dominantno svojstvo, a bijela recesivno. Isto tako, riječ je o monohibridnom križanju s

dominacijom

Genotip parentalne generacije jest Cc x Cc

P Cc x Cc

:

2. zadatak

C c C c gamete

C Cc Cc cc F1

3 1

Crni miševi Bijeli miš

217

U rajčice plod može biti crvene i žute boje. Križane su biljke sljedećih fenotipova

Roditelji

Roditelji

a) Koji je fenotip dominantan?

b) Koji su genotipovi roditelja i potomaka?

Rješenje:

Dominantna je crvena boja ploda!

U prvom primjeru gdje se križaju dvije rajčice crvenih plodova genotipi mogu biti

(dvije kombinacije):

CC x CC

CC x Cc

U drugom primjeru da bi dobili približni fenotipski omjer 1:1 roditelji trebaju biti

genotipa:

Cc x cc

3. zadatak

Kakvi će se genotipovi i fenotipovi pojaviti u potomstvu nakon križanja ružičaste i

bijele jedinke noćurka (isto kao i kod biljke zijevalice → intermedijarno križanje)?

4. zadatak

Križanjem visoke ljubičaste jedinke s niskom ljubičastom jedinkom dobiveno je 40

visokih ljubičastih i 40 niskih ljubičastih potomaka (boja se odnosi na boju cvijeta).

crveni crveni x

Potomci → svi crveni plod

žuti plod crveni x

Potomci → 33 (crveni plod) : 36 (žuti plod)

218

Prikaži križanje služeći se simbolima V, v, A, a i odredi moguće genotipove roditelja i

potomaka

Multipli aleli (primjeri)

Postoje slučajevi kada je veći broj alela odgovoran za jedno svojstvo – MULTIPLI

ALELI

Primjer je AB0 – sustav krvnih grupa. Tri alela na jednom genu (I) kontroliraju

naslijeđe:

IA, IB, I0. Aleli IA i IB su kodominantni, što znači da nema ni dominacije jednog

alela nad drugim ni intermedijarnog fenotipa, već do izražaja dolaze oba

dominantna alela. Krvnu grupu određujemo po antigenima koji se nalaze na

eritrocitima, tako osobe krvne grupe A imaju na eritrocitima antigen A. Osobe

krvne grupe B imaju antigen B, a osobe krvne grupe 0 na eritrocitima nemaju

antigena. Osobe krvne grupe AB na eritrocitima imaju i antigen A i antigen B

(jer su aleli IA i IB kodominantni). Istodobno, aleli IA i IB su dominantni u

odnosu na alel I0

KRVNA

GRUPA

(FENOTIP)

GENOTIP

A IAIA, IAI0

B IBIB, IBI0

AB IAIB

0 I0I0

1. zadatak

Ako otac ima krvnu grupu A, a majka krvnu grupu B, koje krvne grupe mogu

imati njihova djeca? Roditelji su za svojstvo krvne grupe heterozigoti.

Rješenje:

homozigot

heterozigot

219

Budući da su heterozigoti genotipovi su im oblika:

P

Dakle, bit će zastupljene sve krvne grupe (A, B, AB, O)

2. zadatak

Ako otac ima krvnu grupu AB, a majka krvnu grupu A, koje krvne grupe mogu

imati njihova djeca? Majka je za svojstvo krvne grupe homozigot.

e. Vrste promjena genotipa, uzroci i posljedice

Mutacije, primjeri mutacija, vrste mutacija

Vidi Uzroci varijablinosti

Uzroci mutacija

1. Ionizirajuća zračenja – X-zračenje, zračenje iz svemira te različitih radioaktivnih

izvora → uzrokuju lomove molekula DNA ili lomove u drugim molekulama koje zaFm

postaju reaktivne (slobodni radikali) i oštećuju DNA

2. Neionizirajuća zračenja – UV-zračenja

3. Kemijski mutageni – alkilirajući spojevi, analozi baza, akridinske boje, fenoli,

pesticidi, metali, azbestna vlakna i dr.

Učestalost korisnih i štetnih mutacija

Podrazumijevamo javljanje mutacije u uzroku stanica ili jedinki, a izražava se kao

broj mutacija na milijun gameta. Stopa mutacija varira od organizma do

organizma i od gena do gena. Spontane mutacije su rjeđe od induciranih, a

IBIO IAI0 x

IA I0 IB I0 gamete

IAIB IAI0 I0I0 IBI0 F1

220

korisne su rjeđe od štetnih. Čimbenici koji utječu na stopu mutacije su: veličina

gena (što je gen veći, veća je mogućnost mutacije), genotip, temperatura,

starenje, mutageni. Općenito, svaka određena mutacija je jako rijetka, ali budući

da organizmi imaju jako puno gena, mutacije općenito su česta pojava.

Nasljedne bolesti uzrokovane genima smještenim na spolnim kromosomima

Spolni kromosomi određuju spol, no oni nose i druge gene. Nasljeđivanje tih

gena vezano je uz spol pa su to SPOLNO VEZANI GENI → njihovo je

nasljeđivanje različito od nasljeđivanja gena na autosomima (tjelesnim

kromosomima). Kada se govori o spolno vezanom nasljeđivanju, u prvom se

redu misli na nasljeđivanje X kromosoma (jer je X kromosom puno veći nego Y

kromosom, X kromosom ima puno više gena)

Npr. gen za sintezu crvenog ili zelenog pigmenta u osjetilnim stanicama

mrežnice nalazi se na kromosomu X (XD ili Xd). Da bi se kod žene očitovao

daltonizam (neraspoznavanje boja), oba njezina X kromosoma moraju nositi

recesivni alel (XdXd). Da bi bila zdrava može biti dominantni homozigot (XDXD)

ili heterozigot (XDXd) – jer ima alel XD za sintezu pigmenta. Muškarac će biti

zdrav samo ukoliko na X kromosomu ima dominantan alel (XDY), a muškarac

daltonist ima recesivni alel (XdY) → to je zato što na Y kromsomu nema alela za

sintezu pigmenta koji bi „prekrio“ recesivni alel Xd. Zato je daltonizam puno

češći u muškaraca nego u žena.

Isto se događa kod hemofilije (nemogućnost zgrušavanja krvi) i mišićne

distrofije (slabljenje i propadanje mišića), to su SPOLNO VEZANE BOLESTI.

1. zadatak

Daltonizam je spolno vezano recesivno svojstvo. Zdrava žena (nositeljica)

udaje se za muškarca daltonista.

a) Kakav je genotip majke tog muškarca?

b) Hoće li njihovo dijete biti daltonist?

Rješenje:

221

a) Ako je muškarac daltonist tada on na X kromosomu ima recesivni alel (XdY).

Majka je morala biti ili nositeljica (XDXd) ili bolesna (XdXd) → križajte s

zdravim, a zatim s bolesnim ocem. Dobit ćete uvijek bolesnog muškog

potomka!

b) Moguće potomstvo je:

Dakle, njihovo dijete, bez obzira na spol, ima 50% šanse da bude daltonist.

Kromsomske aberacije u čovjeka

Downov sindrom spada u kromosomske aberacije, točnije to je primjer

aneuploidije (promjena broja kromosoma koja zahvaća pojedine kromosome

u setu) u čovjeka (vidi Uzroci varijabilnosti – mutacije), Downom sindrom

još se naziva i trisomija 21. kromosoma → javljaju se 3 kopije kromosoma 21

(2n+1). Fenotipski se javlja mentalna retardacija, mongoloidno smještene oči,

nizak rast, široka i kratka lubanja, zdepasti udovi, srčane mane i dr.

Uz Downov sindrom primjer je Turnerov sindrom. To je jedini primjer

monosomije kod koje čovjek preživljava. Kromosomska garnitura oboljele

osobe je 44+X0 (2n-1), riječ je dakle o ženskim osobama s jednim X

kromosomom, koje su spolno nezrele i sterilne

Povezanost mutacije i malignih oboljenja, rizični čimbenici i ponašanje

Somatske mutacije mogu uzrokovati tumore. Tumor nastaje zbog nekotrolirane

diobe stanica koja je posljedica poremećaja regulacije staničnog ciklusa. U svim

stanicama nalaze se onkogeni, a aktivni su samo tijekom embrionalnog razvoja.

gameta od majke � XD Xd

gameta od oca ↓

Xd XDXd zdrava

žena nositeljica

XdXd bolesna

žena

Y XDY zdrav

muškarac

XdY bolestan

muškarac

222

Ukoliko se aktiviraju, dolazi do nekotrolirane diobe stanica. Geni supresori

inhibiraju staničnu diobu, no ako dođe do mutacije u supresorima, poremeti se

njihova funkcija te dolazi do nekotrolirane diobe stanica i njihove

transformacije u tumorske stanice.

Tumor je rezultat serije genetičkih događaja, mutacija u genima koji

kontroliraju stanični ciklus. Neke od tih mutacija su nasljedne, a neke nastaju

zbog oštećenja molekule DNA uslijed različitih tvari iz okoliša koje nazivamo

kancerogenima. Svi kancerogeni izazivaju mutacije pa ih zovemo i mutagenima

→ zračenja, pesticidi, duhanski dim, neki konzervansi i dr. Stoga treba

izbjegavati izloženost takvim tvarima.

f. Primjena genetike na različitim podružjima ljudske djelatnosti

Metode proučavanja nasljeđivanja u ljudi

Budući da nije moguće provoditi eksperimente križanja na ljudima, u genetici čovjeka

koriste se druge metode: proučavanje rodoslovlja i citogenetska istraživanja.

Rodoslovlje ili obiteljsko stablo grafički je prikaz nekoliko generacija rodbinskog

odnosa između predaka i potomaka. Koristi se za praćenje učestalosti nekih

dominantnih/recesivnih svojstava, nasljednih bolesti i nepravilnosti. Svojstva određena

jednim genom nasljeđuju se Mendelovim pravilima monohobridnog križanja i mogu se

pratiti rodoslovnim stablom.

Citogenetska istraživanja - analiza genetičke upute čovjeka općenito te pojedinaca

radi otkrivanja mogućih genetskih poremećaja

Nasljeđivanje hemofilije pomoću rodoslovlja

Zadatak:

Prikaži rodoslovlje obitelji kod koje 16. potomak treće generacije ima hemofiliju ako

se zna da su 14. i 15. potomak ženskog spola jednojajčani blizanci također bolesni.

Isto tako, zna se da su djedovi bili bolesni, a bake nositeljice recesivnog svojstva.

Rješenje:

223

1. Generacije se u rodoslovnom stablo označavaju rimskim brojevima (I, II, III, IV...)

2. Svakom se pojedincu pridaje redni broj počevši s 1 kojeg dajemo jedinki prve

generacije, pazeći da broj pridajemo s lijeva na desno (predstavnik prve generacije

koji se nalazi lijevo, ima broj 1)

3. Rodoslovlje koristi simboliku

I. generaciju čine bake i djedovi, djedovi su bolesni (XhY), a bake nositeljice (XhXH)

Križanje bolesnog djeda i bake nositeljice:

XhY x XhXH

Dakle nastaju 4 potomka (oboljela žena, nosteljica, oboljeli muškarac, zdrav muškarac),

potpuno će iste potomke imati drugi baka i djed jer je i drugi djed bolestan, a i druga baka

nositeljica. Dakle, ovi potomci baka i djedova predstavljat će II. generaciju. Sada moramo

provjeriti križanjem kojih jedinki druge generacije ćemo dobiti oboljele jednojajčane blizance

i oboljelog muškog potomka.

muškarac žena oboljeli

muškarac

oboljela

žena

nositeljica brak

Jednojajčani

blizanci

Preminulo

dijete

P

gamete Xh Y Xh XH

XhXh

XhXH XhY XHY oboljela

žena nositeljica oboljeli

muškarac

Zdrav

muškarac

224

To će biti ako križamo bolesnu ženu i bolesnog muškarca (križate na isti način kao i gore).

Točnije tada ćete dobiti sve bolesne potomke, tj. oboljele jednojajčane blizance i dva bolesna

muškarca.

Primjena DNA u tehnologiji

• Proizvodnja velikih količina bjelančevina koje je teško dobiti na drugi način (hormon

rasta, inzulin, interferon, faktor zgrušavanja, cjepiva) – organizmi, najčešće bakterije

ili plijesni, genetski se modificiraju tako da ih proizvode i izlučuju.

• Primjena u kartiranju humanog genoma, genska savjetovališta za planiranje

obitelji

• Genska terapija – unošenje zdravog gena u pacijentove stanice koje su pogođene

bolešću uzrokovanom nedostatkom tog gena. Danas se primjenjuje na monogenskim

bolestima (cistična fibroza, hemofilija, srpasta anemija i dr.)

• Trasngenični ili genetički modificirani organizmi (GMO) – BILJKE→ otporne na

razne nametnike, herbicide. ŽIVOTINJE → krupnije, meso bolje prehrambene

kvalitete (svinje, krave, kunići, ovce)

• Industrija – proizvodnja bakterija za razgradnju toksičnog otpada, uzgoj algi u

marikulturi radi proizvodnje hrane i ostalih sastojaka, poboljšanje metoda u

proizvodnji hrane, genetski preinačeni kvasci koji celulozu mogu pretvarati u alkohol i

dr.

I

II

III

XhXh XhXh XhY XhY

1 2 3 4

5 6 7 9 10 11 12

13

8

16 15 14

225

DODATNO: Zadaci iz genetike

1. U istoj bolnici rođene su četiri bebe. Došlo je do zamjene njihovih identifikacijskih

brojeva. Svaka je beba imala drukčiju krvnu grupu (A, B, AB, 0). Krvne grupe

roditeljski parova su sljedeće

Anić ♂ A ♀ B

Papić♂ B ♀ 0

Babić♂0♀ 0

Nikolić♂ AB ♀0

Koje dijete treba dobiti koji bračni par?

(Rj: Babići: dijete krvne grupe 0, Papići: dijete krvne grupe B, Anići: dijete krvne grupe AB,

Nikolići: dijete krvne grupe A)

2. Jedna vrsta anemije u ljudi, talasemija, determinirana je Tm alelom. Homozigot

TmTm uzrokuje vrlo jak oblik anemije (talasemija major) dok je kod heterozigota

(TmTn) anemija izražena u blažem obliku (talasemija minor)

1. Kakav je genotip zdrave osobe?

2. Pod pretpostavkom da osobe koje boluju od od talasemije major umru prije

nastupanja spolne zrelosti, koji se postotak anemičnih osoba očekuje križanjem:

a) anemične i normalne osobe

b) anemične i anemične osobe

(Rj: 1. TnTn; a) 50%; b) 75%)

3. Uzgajivač miševa zapazio je da križanjem čistih linija miševa sa repom dugim

100mm i sa kratkim repom od 50 mm dobiva potomstvo dužine repa 75mm. Kako

bi biološki objasnio ovaj rezultat?

226

4. Djevojka čiji je otac imao hemofiliju udaje se za zdravog muškarca. Kolika je

mogućnost pojave hemofilije kod njihove djece? Hoće li ženski potomci bolovati

od hemofilije? Objasni.

(Rj.: vjerojatnost pojave hemofilije kod njihovih muških potomaka je 50%; ženski

potomci neće bolovati od hemofilije – imaju samo 50% šanse da budu nositeljice)

5. Križanjem jedinki graška visokog rasta i okrugle sjemenke sa jedinkama niskog

rasta i naborane sjemenke dobiveno sveukupno 384 potomaka. Koliko je broj

recesivnih homozigota?

(Rj: 24)

Simboli koje genetika koristi razrađeni su u katalogu (na kraju)

227

8 EVOLUCIJA

a. Osnovni pojmovi i etape kemijske i biološke evolucije

Definicija evolucije

Evolucija je znanost o postanku i razvoju života na Zemlji

Razlikovati kemijsku i biološku evoluciju

Kemijska evolucija → postanak prvih jednostavnih pa sve složenijih molekula na

novonastalom planetu (Zemlja) – preduvjet za biološku evoluciju

Biološka evolucija → tijek razvoja živih organizama (od prve prave stanice do

modernog čovjeka)

Miller-Ureyev pokus; objašnjenje kemijske evolucije

električno izbijanje

ulaz vode

izlaz vode

voda s organskim tvarima zagrijana voda

H2O, H2, CH4, NH3

Millerov pokus

(hladilo)

228

Miller je u laboratoriju oponašao uvjete koji su vjerojatno vladali u prvobitnoj

atmosferi. Ta atmosfera je sadržavala H2O, H2, CH4, NH3, a znanstvenici su tijekom 7

dana električnim iskrenjem oponašali munje koje su sijevale u takvoj atmosferi.

Istodobno je sustav lagano zagrijavan pa je dolazilo do kondenzacije vodenih para

(kiša) i isparavanja iz tako nastalog „praoceana“ → analizom te otopine utvrdili su

postojanje organskih spojeva (među njima i aminokiselina) → ovaj se pokus smatra

potvrdom kemijske evolucije (dolazi do pojave prvih složenih kemijskih spojeva) –

preduvjet za biološku evoluciju (pojava prvih stanica)

Oparinov pokus; koacervatne kapljice

Koacervatne kapljice su nakupine polimernih molekulakoje se drže zajedno u malim

kapljicama okruženima tekućinom. Koacervati mogu nastati od proteina,

ugljikohidrata ili nukleinskih kiselina. Mogu rasti – pasivno koncentriraju tvari iz

okoliša, a kada dosegnu kritičnu masu podijele se. Ruski biokemičar A. Oparin prvi je

dobio koacervatne kapljice u pokusima → smatra se da su one prijelazni oblik između

organske materije i žive tvari

Postanak i procjena starosti Svemira, Sunčevog sustava i Zemlje

Svemir je imao svoj početak i prošao je tzv. kozmičku evoluciju → ona je započela tzv.

Velikim praskom prije oko 13 milijardi godina. Starost sunčevog sustava je oko 5 milijardi

godina. Zemlja je vjerojatno nastala spajanjem nekoliko manjih planeta koji su se oblikovali

od prašine i plinova prije 4.8 milijardi godina.

Protobionti

Probionti su kuglaste nakupine organskih makromolekula s dvoslojnom membranom. Smatra

se da je takav mogao biti prvi oblik života. Osobine probionta: probionti su "jednostanični"

(prostor obavijen membranom može se smatrati prvobitnom stanicom), "prokarioti" (nisu

unutrašnjim membranama podijeljeni na odjeljke – organele), heterotrofni (mogu kroz

membranu uzimati tvari iz okoliša, mogu sadržavati enzime koji razgradnjom nekih od tih

tvari oslobađaju energiju), anaerobni (opstaju u okolišu u kojem nema molekula kisika).

229

Filogenija je znanost (grana biologije) koja proučava evolucijske odnose između vrsta, prati

postanak živih bića od zajedničkoga pretka. Organizmi su se uglavnom razvijali od

jednostavnijih prema složenijima: prvo prokarioti pa eukarioti, jednostanični pa višestanični,

beskralješnjaci pa kralješnjaci, vodeni pa kopneni, poikilotermni (ribe, vodozemci, gmazovi)

pa homeotermni (sisavci, ptice), čovjek je jedna od najmlađih vrsta. Za detaljniji filogenijski

prikaz biološke evolucije vidi Geološke ere Zemljine prošlosti.

b. Dokazi evolucije

Dokazi evolucije i objašnjenje na primjerima

Dokazi iz biogeografije:

Biogeografija proučava raspored živih organizama na Zemlji. Geografska rasprostrajenost

upućuje na događanja u prošlosti. Npr. tigrove nalazimo samo u Aziji, lavove samo u Africi,

ljenjivce u Americi. Specifična je fauna Australije i Novog Zelanda (ti su se dijelovi rano

odvojili od ostalih) → bogata fauna tobolčara i jednootvora

Dokazi iz paleontologije

Paleontologija je znanost koja proučava fosilne ostatke živih bića na Zemlji (fosile) –

„opipljivi“ dokazi evolucije → ostaci nekad živućih organizama i njihovih aktivnosti (ljuske,

jaja, izmet, otisak stopala)

Fosili nastaju procesom fosilizacije koja se manifestira na više načina

• Okamenjivanje (petrifikacija) – zamjena organskih tvari anorganskim (CaCO3, SiO2)

• Pougljenjivanje (karbonizacija) – nepotpuna oksidacija tvari pod visokim tlakom. Tako

često nastaju fosili biljaka

• Bitumenizacija – biljni materijal prekrije voda, bez kisika

• Konzerviranje – očuvanje materijala pri visokim (mumificiranje) ili niskim

(smrzavanje) temperaturama

• Otiskivanje – nastanak otiska u stijeni

• Inkrustacija – na površini organskog ostatka se istaloži mineralna kora od aragonita,

kalcita ili kremena

230

Princip određivanja starosti fosila: najpouzdanija metoda je određivanje udjela

radioaktivnih izotopa u fosilu – npr. udio radioaktivnog izotopa ugljika 13C u ukupnoj

količini ugljika u organizmu u živih organizama je stalan jer ga stalno unose u sebe

prehranom (kruženje tvari u prirodi), no nakon uginuća organizam više ne unosi u

sebe 13C nego se taj izotop u njemu samo raspada, vrijeme poluraspada (vrijeme

potrebno da mu se količina smanji na polovicu početne količine) pojedinog

radioaktivnog izotopa je konstanta pa se određivanjem količine tog izotopa u fosilnom

uzorku (npr. udjela 13C u ukupnoj količini ugljika u uzorku) može odrediti koliko je

vremena proteklo od uginuća organizma

PRIJELAZNI OBLICI – vrste u razvoju. Imaju karakteristike pretpostavljenog pretka i potomka

te povezuju te dvije skupine. Prijelazni oblici omogućuju praćenje tijeka evolucije pojedinih

skupina npr. Arhaeopteryx – prijelazni oblik između gmazova i ptica.

ŽIVI FOSILI – vrste ili skupine organizama koje se nisu uopće ili su se vrlo malo mijenjale

tijekom milijuna godina. Životinjski predstavnici: resoperke, crvene pande, krokodili, indijska

lađica; biljni: ginko, neke paprtati, velvičija, cikade

RAZVOJNI NIZ – uzastopni prijelazni oblici →mogu se praFF postpune promjene neke vrste ili

skupine organizama. Poznati su razvojni nazovi konja i slona. Razvojni niz barskog puža

ogrca: stariji oblici imaju glatku kućicu, a mlađu sve kvrgaviju

231

Dokazi iz poredbene anatomije

Dokazi na osnovi organa istog podrijetla – potiču od zajedničkog pretka, tj. razvijaju se

djelovanjem istih gena. Organe različitih uloga, a istog podrijetla zovemo homologni organi

(prednji udovi kitovima služe za plivanje, a psima za hodanje)

Organi koji imaju istu funkciju, ali su različitog podrijetla zovemo analogni organi ( krila

kukaca i krila ptica: služe za letenje, ali nisu istog podrijetla)

Još su važni zakržljali (rudimentarni) organi – nemaju aktivnu ulogu, ali upućuju na srodnost

pojedinih vrsta (trtična kost – ostatak repa, crvuljak – upućuje na prehranu biljnom hranom,

dlake i mišići dlaka), javljaju se u svih pripadnika neke vrste. Atavizmi – pojavljivanje osobina

koje su svojstvene pretcima (npr. u ljudi prekobrojan broj zubi, abnormalna dlakavost,

razvijen (mekani) rep, prekobrojne mliječne žlijezde i dr.) samo kod nekih pripadnika neke

vrste

Dokazi iz poredbene embriologije

U vrlo ranima fazama embrionalnog razvoja gotovo pa i nema razlike u zamecima svih

skupina kralježnjaka → upućuje na podrijetlo od zajedničkog pretka

Razvojni niz barskog puža ogrca

232

Dokazi iz molekularne biologije

Na osnovi sličnosti i razlika sljedova baza DNA može se ustvrditi srodnost organizama, tj.

kada je živio najmlađi zajednički predstavnik nekih dviju vrsta. Važno je odrediti i stopu

pojedinih mutacija i koje su to mutacije dovele do razlika među vrstama, a koje su dovele do

nastanka novih vrsta.

Geološke ere Zemljine prošlosti

(tablica ide od starijeg prema mlađem odozdo prema gore)

GEOLOŠKA RAZDOBLJA značajni oblici

živih bića

eoneoneoneon era period epohaepohaepohaepoha prvi hominidi

(čovjek)

kenozoik kvartar holocenholocenholocenholocen

pleistocenpleistocenpleistocenpleistocen sisavci se naglo

razvijaju i tercijar pliocenpliocenpliocenpliocen

Faze embrionalnog razvoja

233

F

A

N

E

R

O

Z

O

I

K

miocenmiocenmiocenmiocen postaju

dominantni oligocenoligocenoligocenoligocen

eoceneoceneoceneocen

paleocenpaleocenpaleocenpaleocen

mezozoik kreda izumiru mnoge

vrste; cvjetnice,

vrhunac

dinosaura

jura prve ptice,

širenje dinosaura

trijas prvi dinosauri i

sisavci

paleozoik perm izumiru trilobiti i

mnoge druge

morske životinje

karbon šire se insekti;

javljaju se prvi

gmazovi; velike

primitivne

drvenaste biljke

(prapapratnjače)

devon prvi vodozemci

silur prvi fosili

kopnenih biljaka

ordovcij prve ribe

kambrij prvi organizmi s

oklopom,

dominiraju

trilobiti

P

R

E

proterozoik

eukarioti i pred

kraj prvi

višestanični

234

K

A

M

B

R

I

J

organizmi

(beskralješnjaci)

arheozoik prva pojava

života:

prokarioti;

jednostavna

jednostanična

bića i alge

*Eoni i epohe se neće ispitivati

Provodni fosili (amoniti, trilobiti)

PROVODNI FOSILI – značajni za točno određeno razdoblje

TRILOBITI – izumrli člankonošci - paleozoik

AMONITI – veliki glavonošci s kućicom - mezozoik

Značajke resoperki i dvodihalica u evoluciji kopnenih kralježnjaka

Resoperke su ribe koštunjače koje prve pokazuju razvoj prema kopnenim

životinjama, kostur prsne peraje resoperke ima sličnosti s kosturom prednje noge

vodozemaca

amoniti trilobiti

235

Dvodihalice u normalnim uvjetima dišu škrgama, ali kada se okolišni uvjeti

pogoršaju (mala količina vode i kisika, suša) prelaze na disanje plućima (moguć

život na kopnu)

Usporedba brojnosti i raznolikosti današnjih gmazova sa svijetom gmazova u prošlosti

(mezozoik)

Gmazovi se se pojavili krajem paleozoika (karbon), ali kao era gmazova poznat je

mezozoik, tada su gmazovi naselili sve raspoložive biotope. Postojali su leteći,

kopneni i morska gmazovi. Pretpostavlja se da je njihova brojnost i raznolikost

danas značajno manja

Zajedničko podrijetlo ptica i gmazova na primjeru fosila praptice

Praptica je zapravo prijelazni oblik između ptica i gmazova. Od karakteristika

svojstvenih pticama imao je krila, kljun i perje, ali imao je i zube i kandže na

prednjim udovima i dugačak rep sastavljen od kralježaka, što su karakteristike

gmazova.

zubi

kandže na prednjim udovima

dugačak rep s kralješcima

perje

praptica

236

Postanak sisavaca

Prvi sisavci su se mogli razviti iz drevnih gmazova (zvjerogmazova) – oni su bili maleni

poput miša, a hodali su četveronoške. Prvi sisavci pojavili su se nešto prije nego praptice.

c. Osnovne postavke Darwinove selekcijske teorije evolucije te glavne

pokretačke sile evolucijskog procesa

Osnovne postavke darvinizma

• među jedinkama iste vrste postoje razlike (morfološke, fiziološke, u

ponašanju... � varijabilnost)

• obično se pri spolnom razmnožavanju pojavljuje veći broj potomaka nego što

ih može iz okoliša dobiti dovoljno životnih resursa (hrana, prostor...)

• među potomstvom nastaje nadmetanje, "borba za opstanak"

• opstaju oni koji su najpodobniji zahtjevima okoliša, oni mogu imati potomstvo

i prenijeti na njega svoje podobne osobine � prirodni odabir

• zaključak: gomilanjem sitnih nasljednih varijacija tijekom duljeg vremena

nastane velika promjena pa se pojavi nova vrsta (pripadnici srodnih populacija

više ne daju plodno potomstvo)

Temeljne sile evolucije: mutacije, genetički (genski) drift (skretanje), izolacija i prirodna

selekcija. Mutacije dovode do promjena u genomu pojedinih organizama koje mogu

uzrokovati promjene osobina tih organizama. Te promjene su nasljedne i mogu se održati i

proširiti u populaciji prirodnom selekcijom ako svojim nositeljima olakšavaju preživljavanje i

razmnožavanje u uvjetima okoliša (nositelji neke mutacije duže preživljavaju i imaju više

potomaka, od kojih mnogi također nose tu mutaciju) ili genetičkim driftom ako se od glavne

populacije odvoji manja populacija u kojoj slučajno većina ili svi nose neku mutaciju. Izolacija

237

neke populacije od ostalih pripadnika te vrste (tako da imaju potomstvo samo međusobno, a

ne s ostatkom izvorne vrste) tijekom puno generacija dovodi do nakupljanja sve više različitih

mutacija u izoliranoj populaciji, koja zbog toga postupno postane nova vrsta (više se ne može

dati plodno potomstvo parenjem s izvornom vrstom).

Genetički drift i izolacijski mehanizmi

GENETIČKI DRIFT

Događa se u malim populacijama u kojima se neki mutirani gen može održati ili

izgubiti suprotno pravilima selekcije. Genetičko skretanje (drift) dovodi do

neočekivanih i skokovitih promjena u učestalosti pojedinih alela. Genetički drift je čest

uslijed promjene okolišnih uvjeta, tj. zbog promjene okoliša može se dogoditi da aleli

koji nisu bili posebno „popularni“ najednom postanu izrazito povoljni te mogu

osigurati preživljavanje populacije ili čak vrste.

IZOLACIJSKI MEHANIZMI

Niz mehanizama kojima su vrste izolirane u procesu reprodukcije. Izolacijski

mehanizmi zaštićuju „genetički integritet“ vrste. Ona sprječavaju križanje raznih vrsta.

Na crtežu je prikazana populacija kornjača. Zelena boja određene je dominantnim alelom B, a crna

recesivnim alelom b. Ako ishodišnu populaciju (a) napuste jedinke koje ne sadrže alel B i utemelje novu

populaciju (b), u genskoj zalihi nove populacije neće biti alela B.

238

Izolacijske mehanizme djelimo na:

• Vanjski izolacijski mehanizmi (mehanizmi prije parenja) – oni mogu biti

ekološki (životinje preferiraju različita staništa prilikom parenja, npr. neke se

žabe vole pariti u dubokoj, a neke pak u plićoj vodi). Mogu biti morfološki (npr.

mužjak je jednostavno premalen ili preslab da bi mogao uhvatiti ženku prilikom

parenja, to može biti i različita struktura spolnih organa pojedinih vrsta –

kukci). Mogu biti etološki (parenje onemogućeno zbog različitog ponašanja)

• Unutarnji izolacijski mehanizmi (mehanizmi nakona parenja – kada prestanu

djelovati vanjski izolacijski mehanizmi, tada će unutarnji pokušati spriječiti

hibridizaciju – jaja i spermiji se jednostavno ne mogu spariti (dviju različitih

vrsta), hibridi ugibaju prije zrelosti, hibridi su sterilni

Konvergentna i divergentna evolucija

KONVERGENTNA EVOLUCIJA

Pojava da pripadnici nesrodnih vrsta u istim uvjetima okoliša stječu slične prilagodbe

(analogne organe) – npr. morski pas (riba) i dupin (sisavac): oblik tijela, peraje

DIVERGENTNA EVOLUCIJA

Razvoj nekoliko različitih vrsta iz jedne – npr. Darwin je na otočju Galapagos otkrio

mnogo vrsta zeba koje su se razvile iz zajedničkog pretka koji je doletio s kopna, a

razlikuju se oblikom kljuna ovisno o ishrani (kukci, sjemenke, nektar...)

Alopatrijska i simpatrijska specijacija

SPECIJACIJA – proces nastajanja novih vrsta

ALOPATRIJSKA SPECIJACIJA

Događa se kod populacija koje se ne miješaju jer ih razdvaja neka prirodna barijera (rijeka,

planina). S vremenom genetske promjene u prostornu izoliranih populacija jedne vrste sve su

veće pa dolazi i do reproduktivne izolacije → u tom slučaju kažemo da je nastala nova vrsta.

239

U svakoj odvojenoj populaciji mutacijama i rekombinacijima javljaju se nove osobine -

nastaju nove vrste

SIMPATRIJSKA SPECIJACIJA

Populacije čiji se životni prostori preklapaju, ali među njima nema kontakta → zbog različitog

ponašanja ili vremena sazrijevanja gonada, npr. u nekih Drosophila (vinskih mušica) koje žive

na istom području, zbog različite frekvencije zvuka, nema parenja između dviju populacija →

hibridi su rijetki. U biljaka simpatrijske specijacije nastaju polipolidijom, npr. križanjem su u

prirodi (ili djelovanjem čovjeka u začecima poljoprivrede) nastale tetraploidne pa

heksaploidne vrste pšenice koje nisu mogle dati potomstvo s roditeljskim diploidnim vrstama,

ali daju potomstvo same sa sobom.

alopatrijska specijacija simpatrijska specijacija

geografska barijera

240

Usporedba Lamarckove i Darwinove teroije evolucije

Lamarckova teorija evolucije prethodi Darwinovoj. Razlikuje se od nje po tome što je

Lamarck smatrao (pogrešno) da se organi razvijaju ili kržljaju zbog intenzivne ili

nedostatne upotrebe te se takve stečene promjene prenose na potomstvo (npr. da su

žirafe stekle dugi vrat jer su ga kroz mnogo generacija istezale kako bi dosegle lišće), i

da se tako vrste samo usavršavaju, a nove vrste ne nastaju iz postojećih nego uvijek

iznova iz nežive tvari. Darwin shvaća da su sva živa bića na Zemlji u dubokoj

srodstvenoj povezanosti → sve biljke i životinje potekle su od nekog prvog oblika

života. Darwin će, isto kao i Lamarc, tvrditi da je okoliš promjenjiv, ali ne i da mu se

organizmi moraju prilagoditi, nego kaže da će oni koji su najpodobniji zahtjevima

okoliša ostati, a ostali nestati – prirodni odabir.

Prirodna i umjetna selekcija (odabir)

Selekcija u evoluciji je pojava da samo neki pripadnici vrste preživljavaju do

reproduktivne dobi i imaju potomstvo. O tome koji pripadnici, s kojim genima, imaju

potomstvo, ovise geni i osobine potomstva a time i daljnja evolucija vrste. U cijeloj

biološkoj evoluciji odvija se prirodna selekcija – najčešće preživljavaju i imaju

najbrojnije potomstvo organizmi koji su najbolje prilagođeni uvjetima okoliša i (u

viših organizama) najprivlačniji spolnim partnerima, a oni slabo prilagođeni češće

umiru bez potomstva pa se time vrste postupno mijenjaju. Čovjek od početka uzgoja

domaćih životinja i biljaka vrši umjetnu selekciju – sadi sjeme najpogodnijih

primjeraka biljaka (veći, ukusniji, zdraviji plodovi...) i omogućava parenje

najpogodnijih primjeraka životinja (više mlijeka, ukusnije meso, pouzdaniji psi

čuvari...). Na taj način nastale su i nastaju razne podvrste (sorte, pasmine...) željenih

osobina.

SSSSukcesivna evolucijaukcesivna evolucijaukcesivna evolucijaukcesivna evolucija

Sukcesivna evolucija označava kolebanja u sastavu gena, tj. male nasljedne

promjene u genofondu (zaliha gena) neke populacije → iz naraštaja u naraštaj

dolazi do kolebanja omjera homozigotnih i heterozigotnih jedinki. Ovim tipom

evolucije ne nastaju nove vrste, nego samo nestabilni genotipovi. Ipak na duže

vrijeme može doći do značajne fenotipske razlike

241

d. Evolucija čovjeka

Primati

Rod čovjeka (Homo) ubraja se u razred sisavaca (Mammalia). Primati su red

razreda sisavaca.

Dokazi da čovjek potječe od izumrlih primata: sličnost u građi tijela, dokazi iz

paleontologije, dokazi molekularne biologije (čimpanze su genetski i po nekim

bjelančevinama sličniji ljudima nego drugim primatima)

Najvažnije pojave u evoluciji čovjeka: razvoj mozga (povećanje veličine i složenosti

velikog mozga), govora (mogućnost međusobne komunikacije složenih ideja �

omogućio razvoj ljudskog društva), kulture, izrade oruđa i oružja.

Etape u razvoju čovjeka

ETAPA OSOBINE

Australopitek Prije 4 milijuna godina, hodali uspravno

(Australopithecus africanus), volumen

mozga kao viši majmuni, nepce izduženo

kao u majmuna, zdjelica široka i plosnata,

nisu izrađivali oružje, ali su ga

upotrebljavali

Homo habilis Izrađuje oružje, počinje se razvijati govor

Homo erectus Viši od 1.50 metra, posve uspravni, bolje

izrađuje oružje, grade nastambe, veliki

mozak usporedive veličine s današnjim,

neke primitivne karakteristike (nisko čelo,

jaki nadočni lukovi, masivne lubanje)

Neandertalac Izrađuje oruđe, upotrebljava vatru, mrtve

sahranjiva uz posebne obrede

Kromanjonac Današnji čovjek njegov je neposredni

242

potomak; izrađuje finije oruđe (kamen,

kosti, slonovača), oruđa i crteži pronađeni

u pećinama; kromanjnca odjevenog u

modernu odjeću ne bi mogli prepoznati

Nastanak rasaNastanak rasaNastanak rasaNastanak rasa

Na različitim krajevima svijeta zasebno su se razvile genotipski i fenotipski djelomično

različite populacije ljudi ovisno o klimatskim uvjetima, ne zna se kad su se točno

odvojile od zajedničkog pretka, nisu različite vrste (vjerojatno čak ni prave podvrste),

meñu njima je u svim razdobljima bilo razmjene gena. Ne postoji biološka osnova

koja bi upućivala da su ljudi različitih rasa različito vrijedni – rasizam nije biološki

opravdan. Meñu ljudima s različitih krajeva svijeta koje smatramo pripadnicima iste

rase mogu postojati i veće biološke razlike nego meñu onima koje smatramo

pripadnicima različitih rasa.

Sličnosti i razlike izmeñu hominida i čovjekolikih majmunaSličnosti i razlike izmeñu hominida i čovjekolikih majmunaSličnosti i razlike izmeñu hominida i čovjekolikih majmunaSličnosti i razlike izmeñu hominida i čovjekolikih majmuna

Čovjekoliki majmuniČovjekoliki majmuniČovjekoliki majmuniČovjekoliki majmuni, opice ili hominoidi, dijele se na dvije porodice: , opice ili hominoidi, dijele se na dvije porodice: , opice ili hominoidi, dijele se na dvije porodice: , opice ili hominoidi, dijele se na dvije porodice: HylobatidaeHylobatidaeHylobatidaeHylobatidae i i i i

HominidaeHominidaeHominidaeHominidae (Hominidi) (Hominidi) (Hominidi) (Hominidi) → orangutani, čimpanze, gorile i čovjek. Hominidorangutani, čimpanze, gorile i čovjek. Hominidorangutani, čimpanze, gorile i čovjek. Hominidorangutani, čimpanze, gorile i čovjek. Hominidi su veći, i su veći, i su veći, i su veći,

nemaju rep, većinom su arborealne, tj. kreću se po krošnjama drveća, svežderi. nemaju rep, većinom su arborealne, tj. kreću se po krošnjama drveća, svežderi. nemaju rep, većinom su arborealne, tj. kreću se po krošnjama drveća, svežderi. nemaju rep, većinom su arborealne, tj. kreću se po krošnjama drveća, svežderi.

Hylobatidae takoñer nemaju rep, no znatno su Hylobatidae takoñer nemaju rep, no znatno su Hylobatidae takoñer nemaju rep, no znatno su Hylobatidae takoñer nemaju rep, no znatno su manji od hominiti, isključivo su manji od hominiti, isključivo su manji od hominiti, isključivo su manji od hominiti, isključivo su

arborealni, uglavnom svežderi, a imaju istu zubnu formula kao hominidi.arborealni, uglavnom svežderi, a imaju istu zubnu formula kao hominidi.arborealni, uglavnom svežderi, a imaju istu zubnu formula kao hominidi.arborealni, uglavnom svežderi, a imaju istu zubnu formula kao hominidi.

243

EKOLOGIJA

a. Osnovni ekološki pojmovi i njihovi međuodnosi

Ekologija je znanost o međusobnim ovisnostima i utjecajima živih bića i njihovog okoliša

Osnovni ekološki pojmovi

Populacija je skupina jedinki iste vrste koje žive na istom prostoru i međusobno se

razmnožavaju – npr. svi mungosi na jednom otoku koji se mogu međusobno pariti (a

ne mogu se pariti s mungosima s drugih, predalekih otoka niti sa psima na istom

otoku)

Životna zajednica = biocenoza (biotička komponenta ekosustava) je skup populacija

živih organizama na određenom prostoru (staništu) – npr. jezerska biocenoza (sve

biljke i životinje itd. u jednom jezeru), bentoska biocenoza (sve biljke i životinje itd.

koje žive na dnu i pri dnu u nekom dijelu mora)

Stanište = biotop je prostor (dio nežive prirode) s određenim skupom nebioloških

ekoloških uvjeta (fizikalnih i kemijskih), na kojem živi neka jedinka, populacija ili

životna zajednica – npr. morsko dno u plićaku oko jednog otoka

Ekosustav je skup životne zajednice i njenog staništa – npr. jezerski ekosustav =

jezerska biocenoza zajedno sa samom vodom i dnom jezera i slojem zraka nad

njegovom površinom

– vodeni ekosustavi: jezerski, riječni, morski (bentoski, pučinski),

podzemnovodeni...

– kopneni ekosustavi: šumski, travnati, polupustinjski, pustinjski...

ekosustav = životna zajednica + stanište

Biom je skup ekosustava koji čine cjelinu na dijelu Zemlje

Biomi se dijele i nazivaju prema klimazonalnoj zajednici na kopnu: tundra,

tajga, travnjak, pustinja, šume umjerenog pojasa, mediteranska vegetacija,

tropske vlažne šume...

Biosfera je prostor na Zemlji naseljen živim bićima

Dijelovi biosfere su: hidrosfera (voda), litosfera (stijene i tlo), atmosfera (zrak)

244

Ekološka niša je položaj neke vrste (ili populacije, jedinke itd.) u ekosustavu, način na

koji ona živi i ostvaruje svoje životne potrebe, uloga u prometu tvari i energije

(pojednostavljeno je definirana samo kao položaj vrste u hranidbenoj mreži, ali puna

definicija uključuje sve životne aspekte). Može se definirati i kao skup svih ekoloških

valencija neke vrste.

Primjer: djetlić se hrani kukcima iz kore drveta, gnijezdi se u rupi koju pritom

izdubi, živi samo u određenom rasponu temperatura, nadmorskih visina...

Biljna zajednica (fitocenoza) je skup populacija biljnih organizama na određenom prostoru

(dio biocenoze koji čine samo biljke) – npr. svo drveće i nisko raslinje u nekoj šumi

Životinjska zajednica (zoocenoza) je skup populacija životinjskih organizama na određenom

prostoru (dio biocenoze koji čine samo životinje) – npr. sve ribe, vodozemci, puževi, kukci

itd. u nekom jezeru

Fauna je skup svih životinjskih vrsta nekog područja (sistematski pojam)

Flora je skup svih biljnih vrsta nekog područja (sistematski pojam)

Vegetacija je skup svih biljnih zajednica (fitocenoza) nekog područja (ekološki pojam)

populacija populacija populacija

životna zajednica (biocenoza) stanište (biotop)

ekosustav ekosustav ekosustav

biom biom biom

biosfera

hidrosfera litosfera atmosfera

245

Areal ili područje rasprostranjenosti (određene vrste ili druge sistematske kategorije ili

životne zajednice) je skup svih staništa na kojima ta vrsta itd. živi

Endem je vrsta (ili druga sistematska kategorija) koja naseljava samo malo, ograničeno

područje – npr. u dijelovima Hrvatske biljke dubrovačka zečina, hrvatska sibireja,

velebitska degenija; vodozemac čovječja ribica

dubrovačka zečina hrvatska sibireja velebitska degenija

čovječja ribica

Kozmopolit je vrsta (ili druga sistematska kategorija) koja naseljava vrlo široki raspon

staništa. Kozmopolit ima vrlo široku ekološku valenciju – može živjeti u raznolikim

životnim uvjetima. Primjeri kozmopolita: lišajevi, lisica, maslačak

Ekološki minimum je donja granica intenziteta jednog ekološkog čimbenika (npr.

temperatura, vlažnost, svjetlost) pri kojoj je još moguća egzistencija određene organske

vrste – npr. 0°C je ekološki minimum temperature za slatkovodne organizme jer se

ispod te temperature voda smrzne pa oni ne mogu preživjeti

Ekološki maksimum je gornja granica intenziteta jednog ekološkog čimbenika pri

kojoj je još moguća egzistencija određene organske vrste – npr. maksimalna

koncentracija iona nekog teškog metala u vodi pri kojoj neka vodena vrsta može

opstajati u toj vodi

246

Ekološki optimum je stupanj intenziteta jednog ekološkog čimbenika pri kojemu je

njegovo djelovanje na određenu organsku vrstu najpovoljnije – npr. bakterije koje žive

u ljudskim crijevima najbrže se množe na ljudskoj tjelesnoj temperaturi (36–37°C)

Ekološka valencija je amplituda kolebanja jednog ekološkog čimbenika u čijim je

granicama moguć opstanak određene vrste (skup svih vrijednosti između ekološkog

minimuma i ekološkog maksimuma za taj čimbenik)

b. Odnosi između živih bića i abiotičkih čimbenika okoliša

Glavni abiotički čimbenici su:

– temperatura

– voda i vlaga

– svjetlo

Poikilotermne životinje su životinje s nestalnom tjelesnom temperaturom (tjelesna

temperatura ovisi o temperaturi okoliša): beskralješnjaci, ribe, vodozemci, gmazovi. Biljke i

gljive su poikilotermne, kao i prokarioti.

Homeotermne životinje su životinje sa stalnom tjelesnom temperaturom (održavaju stalnu

tjelesnu temperaturu djelovanjem metabolizma bez znatnog utjecaja temperature okoliša):

ptice, sisavci.

Prednosti homeotermnih u odnosu na poikilotermne životinje: veća rasprostranjenost na

Zemlji (homeotermne životinje mogu živjeti pri nižim temperaturama jer mogu održavati

svoju tjelesnu temperaturu iznad temperature okoliša, dovoljno visoko za odvijanje

247

metabolizma, npr. polarni medvjedi i sl. u polarnim područjima), bolje podnošenje sezonskih

klimatskih promjena, npr. mogućnost prezimljavanja u umjerenim područjima bez prekida

aktivnosti i zavlačenja u skrovita mjesta (npr. ptice stanarice kao što su kod nas vrabac i

golub)

Važnost temperature za odvijanje životnih procesa u organizmima: većina

enzima nužnih za metaboličke procese aktivni su samo u uskom temperaturnom

rasponu pa se ako se temperatura unutar organizma previše snizi ili povisi životni

procesi ne mogu odvijati i organizmi ugibaju

Primjeri prilagodbi stablašica umjerenog područja na preživljavanje hladnog

razdoblja godine: odbacivanje listova (listopadno drveće), preživljavanje u

podzemnim organima (trajnice = dvo– i višegodišnje zeljaste biljke) ili u obliku

sjemenke (jednogodišnje biljke)

Prilagodbe homeotermnih životinja na sezonsku promjenu temperature u

okolišu:

– mitarenje (ptice – gube dio perja) / linjanje (sisavci – gube dio dlaka) – u

proljeće kad temperature postaju više

– zimski san – mirovanje tijekom najhladnijeg dijela godine (usporavanje

metabolizma radi štednje energije)

Prilagodbe biljaka na količinu vode i vlage u staništu:

– biljke vlažnih staništa – npr. žabnjak – veliki listovi, vrlo tanke epiderme,

mnogo puči, puči često izbočene

– biljke sušnih staništa – npr. kaktusi, agave – mali, dlakavi, kožasti listovi ili

bodlje umjesto lišća, pohrana pričuvne vode u zadebljaloj nadzemnoj stabljici

(biljke koje imaju takvu stabljiku nazivaju se sukulenti) ili u podzemnom dijelu

(primjeri podzemnih stabljika: lukovica, gomolj), puči u udubinama

Prilagodbe kopnenih životinja za život na kopnu:

– organi za disanje kisika iz zraka (kukci – uzdušnice, kopneni kralježnjaci –

pluća)

– zaštita površine tijela od isušivanja (kukci – hitinska kutikula, kopneni

kralježnjaci – koža)

– organi za kretanje po tlu (i zraku) (noge, krila)

Prilagodbe životinja različitim svjetlosnim uvjetima u okolišu:

248

– dnevne (diuralne) životinje – aktivne danju – npr. gušterice, većina ptica – dobro

razvijen dnevni vid, mehanizmi za hlađenje tijela ako žive u vrućim područjima

– noćne (nokturalne) životinje – aktivne noću – npr. šišmiš, sova – imaju oči posebno

osjetljive na svjetlo (često vrlo velike), vide u infracrvenom području i/ili imaju

osobito razvijena druga osjetila a ne vid

– životinje koje mogu biti aktivne i danju i noću – npr. voluharica, mačka – oči koje se

mogu prilagoditi i velikoj i maloj osvjetljenosti (veliki raspon regulacije veličine

zjenice)

* životinje aktivne samo u sumrak/zoru – npr. srna

– životinje koje žive u prostorima do kojih ne dopire svjetlo (morske dubine, spilje) –

npr. čovječja ribica – slijepe, neobojene, razvijena druga osjetila (njuh, sluh)

c. Odnosi između živih bića u biocenozi (biotički čimbenici)

Glavni biotički čimbenici = odnosi između živih bića

– odnosi razmnožavanja – između jedinki iste vrste

– simbioza – odnos između jedinki različitih vrsta iz kojeg obje vrste crpe korist (ili

jedna crpi korist, a nijedna ne trpi štetu)

simbioza: leptir oprašuje cvijet pri čemu se hrani nektarom iz njega

– nametništvo – odnos nametnika i domaćina (domadara)

249

nametništvo: trakavica živi parazitski u probavilu sisavaca

– predatorstvo – odnos grabežljivca i plijena

predatorstvo: zmija lovi i jede male glodavce

Kako odnosi između jedinki različitih vrsta utječu na brojnost/ gustoću

populacija u biocenozi: kretanje brojnosti grabežljivca s određenim zakašnjenjem

prati kretanje brojnosti plijena (jer povećanje brojnosti plijena omogućuje povećano

razmnožavanje grabežljivca, odnosno smanjenje brojnosti plijena smanjuje

razmnožavanje grabežljivca)

Mimikrija je pojava da organizmi oblikom, bojom itd. nalikuju na druge žive ili nežive

stvari. Primjeri mimikrije: bogomoljka (grančica), leptir letilist (list)

250

bogomoljka

letilist

Prilagodbe grabežljivaca:

– ptica grabljivica (jastreb): razvijen vid osobito za određene obrasce boja i oblika

(plijen), kljun, pandže

– zvijer (vuk): razvijen njuh osobito za miris plijena, lovi u čoporu, zubi

Prilagodbe plijena za zaštitu od grabežljivaca:

– sisavci biljojedi (zec, srna): razvijena osjetila (vid, njuh, sluh), brzo kretanje, život u

skupinama, zaštitna obojenost (stapanje s okolišem), nepotpuno spavanje

Načini izražavanja gustoće populacije

– brojem (ili masom – biomasom) jedinki na jedinici površine (ili volumena u

vodenim ekosustavima)

– brojkama od 1 (rijetka vrsta) do 5 (vrlo brojna vrsta)

Kako odnosi između jedinki iste vrste utječu na brojnost/ gustoću populacije –

reproduktivni potencijal (sposobnost razmnožavanja) i kompeticija (nadmetanje za hranu,

životni prostor i sl.): na jednom staništu može živjeti samo ograničeni broj jedinki neke vrste

(koliki je taj broj, ovisi o raspoloživoj hrani i drugim uvjetima staništa)

251

d. Glavne osobine biocenoza i ekosustava

Razlike u osobinama vodenih i kopnenih ekosustava:

– u vodenim ekosustavima život se prostire kroz sve slojeve (od dna do površine)

zbog velike gustoće vode

– u vodenim ekosustava manje su temperaturne promjene zbog velikog toplinskog

kapaciteta vode

– u vodenim ekosustavima s dubinom vrlo brzo raste tlak

Bentos čine svi vodeni organizmi pričvršćeni za podlogu ili načinom života vezani uz podlogu

(dno)

– dijele se prema stupnju pokretljivosti:

– pričvršćeni za podlogu (npr. alge, koralji, spužve)

– slabo pokretni (ježinci, trpovi, neki školjkaši – npr. periska)

– s velikim radijusom kretanja (pridnene vrste riba – zubatac, cipal i sl.)

Nekton čine svi slobodnoplivajući organizmi

– primjeri: srdela, morski pas, dupin

Plankton čine svi slobodnolebdeći vodeni organizmi (ne pokreću se vlastitim snagama

plivanjem, nego ih nosi gibanje vode), većina planktona su vrlo sitni organizmi

Značenje planktona u vodenim ekosustavima: fitoplankton vrši oko 90% sveukupne

fotosinteze na Zemlji, plankton je hrana za veće organizme (npr. kitovi)

Fitoplankton je autotrofni ("biljni") plankton

Zooplankton je heterotrofni ("životinjski") plankton

Glavni čimbenici koji utječu na raspored organizama (biocenoza) u moru:

osvjetljenost (prozirnost), gustoća morske vode, slanost, sastav (hranjivost) morske

vode, temperatura, izmjena plime i oseke

U osvijetljenom sloju u vodenim (morskim) ekosustavima (maksimalno do 200 m

dubine) žive autotrofni (fotosintetski) organizmi (proizvođači), a na većim dubinama u

neosvijetljenom sloju mogu živjeti samo heterotrofni (i kemoautotrofni)

Šumske biocenoze (osobito tropske vlažne šume) su najsloženiji (najveća raznolikost vrsta) i

organskom proizvodnjom najbogatiji (najveći intenzitet fotosinteze među kopnenim

biocenozama) tip kopnenih biocenoza

Slojanje (vertikalni raspored vrsta) u šumskoj biocenozi

252

visoko drveće

srednje visoko drveće

nisko drveće

grmolika vegetacija

zeljaste biljke

tlo – organski ostaci (ponajviše otpalo lišće)

– tropske šume imaju najviše slojeva

Sukcesija je niz promjena biocenoza na nekom staništu u određenom vremenskom

razdoblju. Primjeri sukcesija su: zaraštavanje jezera (prirodni proces, ali unos fosfata

i nitrata iz umjetnih gnojiva i sl. može ga prekomjerno ubrzati; povećava se količina

organskih tvari u vodi, raste sve više algi i vodenih biljaka, čijim odumiranjem nastaje

tlo, jezero postaje pliće i naposlijetku nestaje), obnavljanje šume nakon požara

(postupno izrasta prvo nisko raslinje pa grmlje pa drveće)

Sukcesije nastaju prirodno, ali često i djelovanjem čovjeka (krčenje šuma,

melioracija, požari, zagađenje voda...)

Sezonske promjene u biocenozi u skladu s klimatskim promjenama

– jesen/zima (zahlađenje) – gubitak klorofila (zelene boje) i odumiranje te opadanje

lišća s drveća, ugibanje jednogodišnjih biljaka i nadzemnih dijelova višegodišnjih

zeljastih biljaka

– proljeće/ljeto (zatopljenje) – pupanje, listanje, cvjetanje, klijanje

Glavni tipovi (kopnenih) bioma i klimatske prilike područja na kojima se prostiru:

– tundra – polarna klima

– tajga – šume četinjača – hladna kontinentalna klima

– šuma umjerenog pojasa – vazdazelene i kontinentalne – umjerena kontinentalna

klima

– mediteranska vegetacija – u suhim ili polusuhim primorskim područjima umjerenog

pojasa (mediteranska klima)

– travnjak – travnjaci umjerenog pojasa (stepa, prerija, pampa) i tropskog pojasa

(savana)

– tropska kišna šuma – topla i vlažna tropska (ekvatorijalna) klima

– pustinja – u područjima s vrlo malom količinom padalina (vlage) u svim klimatskim

pojasevima (tople i hladne pustinje)

253

Horizontalni (ovisno o geografskoj širini; na visini 0–100 m nad morem) raspored biljnog

pokrova ovisno o klimatskim prilikama (od polova prema ekvatoru): ledenjaci (bez biljnog

pokrova), tundre (mahovine, lišajevi), tajge (crnogorične šume), listopadne šume umjerenog

pojasa (odnosno stepe, polupustinje, pustinje – ovisno o vlažnosti) i primorske vazdazelene

šume, oko ekvatora tropske vlažne šume (prašume)

Vertikalni (ovisno o nadmorskoj visini; u umjerenom pojasu, npr. Hrvatska) raspored

biljnog pokrova ovisno o klimatskim prilikama (odozdo prema gore): travnjaci, hrastove

šume, bukove šume, miješane šume bukve i jele , pretplaninske bukove šume, planinske

šikare, planinski bor (krivulj), planinski travnjaci (pašnjaci), zona vječnog snijega i leda (bez

biljnog pokrova)

e. Odnosi ishrane u biocenozi, kruženje tvari i protjecanje energije u

ekosustavu

Proizvođači su svi autotrofni organizmi (prvenstveno zelene biljke) koji proizvode organsku

tvar koristeći Sunčevu energiju (fotosintezom)

Potrošači su heterotrofni organizmi koji se hrane proizvođačima ili drugim potrošačima i

koriste dio tako dobivene energije za svoje metaboličke procese (ta energija u obliku topline

napušta ekosustav)

Glavni tipovi potrošača: biljojedi (primarni potrošači), mesojedi i svejedi

Razlagači su saprofiti koji razgrađuju tijela uginulih organizama – tako vraćaju hranjive tvari u

ciklus, čime omogućuju rast i razvoj proizvođača. Razlagači su prvenstveno bakterije.

Prehrambena piramida s obzirom na broj i biomasu te količinu energije na pojedinoj

prehrambenoj razini: na nižim razinama (proizvođači pa primarni potrošači...) veći je broj

organizama, biomasa i količina energije

254

Kruženje tvari: autotrofni organizmi, heterotrofni organizmi – primarni potrošači, sekundarni

potrošači, tercijarni potrošači, razlagači

proizvođači

primarni potrošači

sekundarni potrošači

tercijarni potrošači

broj organizama,

biomasa, količina

energije...

255

Protjecanje energije: autotrofi vežu dio Sunčeve energije u organske molekule, na svakom se

stupnju dio energije "gubi", pretvara u toplinu (troši za životne procese organizama)

proizvođači

(autotrofni)

primarni

potrošači

sekundarni

potrošači

tercijarni

potrošači

razlagači

sunce

proizvođači

(autotrofni)

primarni

potrošači

sekundarni

potrošači

tercijarni

potrošači

razlagači

256

– analizirati ulogu i ovisnost pojedinih članova hranidbenih lanaca na konkretnim

primjerima (treba znati prepoznati "tko koga jede" tj. u zadanom hranidbenom lancu

tko su proizvođači, primarni potrošači... razlagači)

Biogeokemijski ciklus ugljika (ne treba znati shemu/sliku napamet nego ju treba znati

objasniti)

životinje (heterotrofni organizmi)

zelene (autotrofne) biljke

uginuli

organizmi

bakterije (saprofiti)

CO2 disanje

fotosinteza

ishrana životinja

disanje

257

Hranidbena mreža – skup svih isprepletenih hranidbenih lanaca u nekom ekosustavu

Primarnu organsku proizvodnju čine proizvođači (autotrofni)

Sekundarnu organsku proizvodnju čine potrošači (heterotrofni)

f. Štetni utjecaji čovjeka na biosferu i mjere kojima se štetni utjecaji mogu

smanjiti (održivi razvoj u Republici Hrvatskoj i u svijetu)

Štetno djelovanje čovjeka na biosferu: krčenje šuma, isušivanje močvara, regulacija

vodotoka, gradnja naselja, industrijskih zona, povećavanje prometa i širenje prometne mreže

te onečišćenje vode, zraka i tla – ugrožava staništa živih organizama i/ili izravno njihovo

zdravlje i život

Posljedice krčenja šuma: erozija (degradacija) tla (gubi plodnost), izumiranje biljnih

i životinjskih vrsta, poremećaj regulacije kolebanja temperature, vlažnosti i vjetra (sve

to doprinosi širenju pustinja)

Posljedice isušavanja močvara (melioracije): izumiranje vodenih biljaka i životinja,

drastična promjena ekosustava

Posljedice onečišćenja voda: izumiranje biljnih i životinjskih vrsta (ne samo onih u

vodi), opasnost za čovjeka (uzročnici zaraznih bolesti, kancerogene tvari)

Potreba pročišćavanja otpadnih voda

Prirodne vode (osobito tekućice) imaju veliku sposobnost samopročišćavanja

(autopurifikacije), ali nedovoljnu da bi se samim tim poništio utjecaj čovjeka

(industrije), pa je industrijske i komunalne otpadne vode potrebno prije ispuštanja u

258

vodotoke propustiti kroz uređaje za pročišćavanje (mehaničko (fizikalno), kemijsko i

biološko) jer nepročišćene otpadne vode sadrže tvari (otrove, teške metale, infektivne

organizme...) koje štete živim organizmima.

Izvori onečišćavanja zraka: plinovi (sumporov dioksid, dušikovi oksidi, ugljikov

monoksid, ozon, amonijak, ugljikovodici, sumporovodik, halogenovodici, freoni) i

krute čestice (teški metali, čađa). Izvori onečišćavanja zraka su prirodni (vulkanske

erupcije, požari) i antropogeni (spaljivanje fosilnih goriva, industrija).

Pojava efekta staklenika: ugljikov dioksid (i još neki plinovi) u atmosferi sprečava da

toplinsko zračenje odlazi sa Zemlje u svemir tj. reflektira ga natrag na Zemlju – prirodni efekt

staklenika omogućuje život na Zemlji (bez njega bi bilo mnogo prehladno), ali razvojem

industrije naglije se povećao udio CO2 i drugih "stakleničkih plinova" u atmosferi te stoga i

prosječna temperatura na Zemlji, što uzrokuje podizanje razine mora (otapanje ledenjaka),

narušava prirodnu ravnotežu i štetno je za organizme jer se odvija puno brže nego što bi se

vrste mogle evolucijski prilagoditi

Onečišćenje zraka koje uzrokuje pojavu kiselih kiša: industrijski plinovi koji otapanjem u

vodi tvore kiseline (sumporov dioksid, dušikovi oksidi, klorovodik � sumporna, dušična i

klorovodična kiselina)

Štetne posljedice kiselih kiša: usporavaju rast drveća, uzrokuju ugibanje vodenih

organizama, lišajeva i nekih biljaka (četinjače), povećavaju zagađenje teškim metalima

Značenje ozonskog sloja u atmosferi: apsorbira najveći dio ultraljubičastog zračenja koje

dopire iz svemira (ponajviše sa Sunca) i štetno je za zdravlje (npr. u čovjeka i drugih sisavaca

uzrokuje rak kože i sivu mrenu oka)

Onečišćenje zraka koje uzrokuje nastajanje ozonskih rupa (područja na kojima je ozonski

sloj znatno prorijeđen):

– let nadzvučnih zrakoplova

– halogenirani ugljikovodici (freoni)

– detonacija nuklearnog oružja

Glavni načini onečišćavanja tla i njihove posljedice:

– gnojenje � promjene u kemijskom sastavu i kiselosti tla

– pesticidi � akumulacija otrovnih tvari u živim organizmima

– teški metali (iz industrije i otpada) � –||–

259

Ugrožene biljne i životinjske vrste te ekosustav u cjelini treba štititi zakonom jer većina

ljudi neće na to samovoljno paziti nauštrb profita i udobnosti. Ugrožene vrste treba štititi

kako bi se sačuvala bioraznolikost (danas je ugrožen jako velik broj vrsta) i prirodna

ravnoteža (ispražnjene ekološke niše zbog izumiranja mogu narušiti ravnotežu tj. negativno

utjecati na druge vrste koje su s tom vrstom u međuodnosima). Odnosi u ekosustavu tako su

sveobuhvatni i složeni da uvijek treba štititi ekosustav u cjelini, tako je hrvatskim zakonom o

zaštiti prirode propisano da se zaštita prirode provodi na 100% površine Republike Hrvatske.

Izvori hrane (npr. plodno tlo), pitke vode, energije (npr. fosilna goriva) i sirovina (npr.

metala) na Zemlji su ograničeni (neće ih biti dovoljno za sve ako ljudi bude još više – za sada

su nedostaci uzrokovani samo time što nisu pravilno raspoređeni), pa stoga u novije doba

nagli rast ljudske populacije i urbanizacija sve više ugrožavaju budućnost ljudske i drugih

vrsta

– nagli rast ljudske populacije – vidi utjecaji na brojnost ljudske populacije

– urbanizacija – porast gradova i povećanje udjela gradskog stanovništva – gradovi su

ovisni o unosu sirovina izvana (prehrambeni proizvodi, materijal za izgradnju,

električna energija...) i veliki izvor onečišćenja (otpada) pa lokalno i globalno

opterećuju kruženje tvari i energije te nepovoljno utječu na biosferu

Važnost zamjene fosilnih izvora energije alternativnim (vjetar, solarna energija

i sl.): fosilna goriva (ugljen, nafta, zemni plin) su neobnovljivi izvori energije (nastaju

vrlo dugotrajnim procesima u Zemljinoj kori pa kad ih čovječanstvo jednom iscrpi, više

ih u ljudskim razmjerima neće biti) a potrebna su i za druge industrijske potrebe (npr.

proizvodnja plastike iz nafte) i stoga predragocjena za izgaranje koje nije niti osobito

energetski učinkovito, te njihovim izgaranjem nastaju štetni plinovi i čađa koji

zagađuju okoliš (učinak staklenika, kisele kiše), zato treba raditi na unapređivanju

tehnologija i širenju upotrebe alternativnih, prvenstveno obnovljivih izvora energije

(vjetar, Sunce, gibanja vode, biogoriva...)

Ekonomska i ekološka važnost izdvajanja sekundarnih sirovina iz otpada

(papir, staklo, metal, tekstil): takve se sirovine onda mogu ponovo iskoristiti

(reciklirati) za daljnju proizvodnju što smanjuje troškove (ekonomska važnost) i

potrebu za uzimanjem primarnih sirovina (drvo, voda, rude...) iz prirode te onečišćenje

pri proizvodnji (ekološka važnost)

260

Zaštita voda i zraka je globalni problem jer su kruženjem vode i gibanjem zračnih

struja sve svjetske vode odnosno svi dijelovi zračnog omotača povezani, onečišćenje se

tako može daleko proširiti

Nacionalni parkovi Hrvatske: Plitvička jezera, Paklenica, Risnjak, Mljet, Kornati,

Brijuni, Krka, Sjeverni Velebit

Parkovi prirode u Hrvatskoj: Telaščica, Velebit, Kopački rit, Vransko jezero, Žumberak

i Samoborsko gorje, Biokovo, Lonjsko polje, Papuk, Učka, Lastovsko otočje, zapadni dio

Medvednice

Primjeri zakonom zaštićenih biljaka u Hrvatskoj: visibaba, ciklama, velebitska degenija,

dubrovačka zečina)

Primjeri zakonom zaštićenih životinja u Hrvatskoj: vuk, vidra, sredozemna medvjedica,

ptice grabljivice i močvarice

sredozemna medvjedica

Posljedice unošenja stranih vrsta: strane vrste mogu se prekomjerno razmnožiti (jer u

novom okolišu nemaju prirodnih neprijatelja – predatora i parazita) i narušiti prirodnu

ravnotežu na štetu autohtonih vrsta – primjeri: mungos na Mljetu (početkom 20. st. doveden

iz Indije kao prirodni neprijatelj zmija (poskoka), ali proširio se i na druge otoke i kopno te se

prehranjuje i drugim životinjama i biljkama), kaulerpa u Jadranu (vidi zelene alge)

261

mungos kaulerpa

Održivi razvoj je razvoj ljudskog društva uz što manji negativni utjecaj na prirodu

Akumuliranje štetnih tvari u lancima ishrane: organizmi na nižim stupnjevima

hranidbenog lanca (biljke, plankton, kukci...) u sebe prehranom unose manje količine štetnih

tvari (teških metala, pesticida) i preživljavaju bez znatnih posljedica, a viši organizmi (sisavci,

ptice) hraneći se njima nakupljaju u sebi veće količine tih tvari, što uzrokuje teške posljedice

(neplodnost, smrt)

Prednosti ekološke proizvodnje hrane: ako se u uzgoju biljaka ne koriste umjetna gnojiva i

pesticidi, izbjegava se njihov štetan utjecaj na okoliš (vidi agrokemijske metode); ako se u

uzgoju životinja ne koriste preventivne doze antibiotika, smanjuje se širenje bakterija otpornih

na antibiotike

Tehnološka voda = voda koja je prošla kroz industrijske ili druge procese u ljudskoj

djelatnosti te stoga više nije dovoljne kakvoće za ljudsku prehranu (piće, kuhanje), ali je

dovoljne kakvoće za neke druge svrhe, npr. daljnju upotrebu u industriji, pranje ulica... –

važno je za te svrhe kad je to moguće upotrebljavati tehnološku umjesto pitke vode kako bi se

ograničene količine pitke vode sačuvale za one svrhe za koje je nužna

Suvremene metode u poljoprivredi i njihovi nedostaci:

– monokultura (uzgoj samo jedne biljne vrste na određenoj poljoprivrednoj površini)

– tako uzgajane biljke osjetljivije su na štetnike (kukce, gljivice) i epidemije bolesti pa

je potrebno koristiti više pesticida i žetva može biti manja, tlo se iscrpljuje od nekih

sastojaka pa je potrebno koristiti više umjetnih gnojiva

262

– agrotehničke metode (upotreba strojeva u poljoprivredi) – strojevi troše naftu

(neobnovljivo fosilno gorivo) koja se može i izlijati u okoliš (pri nesrećama) pa ga

zagaditi

– agrokemijske metode: umjetna gnojiva (mogu uzrokovati prekomjerno gomilanje

nekih mineralnih tvari u tlu, uključujući i teške metale, mogu nepovoljno utjecati na

pH tla, mogu dospjeti u vodotoke i uzrokovati pretjerano bujanje vodenog bilja),

pesticidi (tvari koje ubijaju štetnike, npr. herbicidi ubijaju biljke–korov, insekticidi

kukce – nisu selektivni, nego ubijaju i neutralne ili korisne vrste, smanjuju

bioraznolikost)

Djelovanje čovjeka (onečišćenje, krčenje šuma, isušivanje voda, potapanje dolina za

akumulacijska jezera hidroelektrana...) uzrokuje smanjenje brojnosti i izumiranje mnogih

biljnih i životinjskih vrsta, ali djelovanje čovjeka može uzrokovati i (prekomjerno) povećanje

brojnosti neke vrste (npr. unošenje stranih vrsta)

„Crvene knjige biljnih i životinjskih vrsta” su popisi ugroženih i rijetkih vrsta neke skupine

(npr. sisavci) na nekom području (npr. u Hrvatskoj), sadrže sve podatke o tim vrstama (opis i

fotografija, rasprostranjenost, uzroci ugroženosti, postojeće i predložene mjere zaštite). Važne

su kao stručna podloga za omogućavanje zakonske zaštite ugroženih vrsta

Važno je uspostavljati i poštivati međunarodne ugovore o zaštiti prirode i okoliša jer

onečišćenje ne poznaje državne granice, zagađivanje i neodgovorno iskorištavanje prirode u

jednoj državi može imati dalekosežne posljedice u susjednima pa i u udaljenima (vidi: zaštita

vode i zraka je globalni problem)

Utjecaji na brojnost ljudske populacije:

Poboljšanje zdravstvene zaštite zbog napretka u medicini i povećanje proizvodnje hrane zbog

mehanizacije u poljoprivredi doveli su do naglog porasta brojnosti čovječanstva u zadnja dva

stoljeća (a osobito od tzv. zelene revolucije 1960–ih – početak upotrebe suvremenih

poljoprivrednih metoda). U novije vrijeme u većini razvijenih država populacija održava

podjednaku brojnost ili postupno pada (zbog modernog stila života koji smanjuje natalitet), ali

u mnogim nerazvijenim i siromašnim državama populacija prekomjerno raste sve brže tako da

ukupna ljudska populacija još uvijek naglo raste. Čovjek je jedina živa vrsta na Zemlji na čiju

brojnost u velikom dijelu staništa više ne utječu prvenstveno okolnosti u njegovom živom i

neživom okolišu (prirodne (ne)pogodnosti, grabežljivci/plijen) nego više odnosi unutar

vlastite vrste (razmnožavanje, ratovi...).

263

Prije izgradnje proizvodnih, prometnih i drugih objekata (tvornice, ceste, naselja...) potrebno

je izraditi ekološku studiju – istraživanje mogućih utjecaja tog objekta (samog procesa

izgradnje i njegove kasnije funkcije) na ekosustav, kako bi se pri izgradnji i upotrebi objekta

uzele u obzir mjere kojima se nepovoljni utjecaji što više smanjuju (ugradnja uređaja za

pročišćavanje otpadne vode, ograđivanje cesta kako divljač ne bi istrčavala na njih, sječa

samo onoliko šume koliko je nužno...) ili u slučaju prevelike neotklonjive ekološke opasnosti

od izgradnje odustalo

ukupna svjetska populacija

zemlje u razvoju

razvijene zemlje

Kretanje svjetske populacije

Milijarde