Biológia érettségizőknek 2.

BIOLOGIAÉ R E T T S É G IZ Ő K N E K

2. KÖTET

Szerző: Dr. Szerényt Gábor

A T E R M E SZ E T R O L T IZ E N É V E SE K N E K

BIOLOGIAERETTSEGIZOKNEK

Felkészítő könyv ^ közép- és emelt szintű V g

érettségire készülőknek ^

GIMNÁZIUMOK ES SZAKKOZEPISKOLÁK SZÁMÁRA

MÁSODIK, j a v í t o t t KIADAS

MOZAIK KIADÓ - SZEGED, 2012

Szerző:D R . S Z E R É N Y I G Á B O RRólZ Tanár Úr Eletuuuhjas gimiuízitimi tanár

Bírálók:H O R V Á T H N É K U N STÁ R A N D R EA közéjyiskoUii tanár

S Z A L A IN É F O R R A I G A B R IE L L Aközépiskolai tanár

Felelős szerkesztő:N A G Y M IH Á LY MÁTYÁS

Anyanyelvi lektor:V A R R Ó SÁ N D O R

B on tó terv , tipográfia: Rem ényfy Tam ás M űszaki szerkesztő: Varga Tünde * _Ahrák: G önczi Anikó, M olnár M ónika, Papdi Gábor, Szentirm ai P éter Fotók: M áté Bence. Vadász Sándor, képiigynökségek. M ozaik A rchívum K irendelt szakértők: Ahrahám Jtdianna, Balogh Tamás, Dr. Borvendég M árta,

Minden jog fennliulva. bciccilvc a sokszorosítás, a mű bővített, illetve rövidített változata kiadásiínak jogát is. A kiadó írásbeli hozziy<ú ulilsu nélkül sem a teljes mű. sem annak része semmiféle fonnában nem sokszorosítható.

KERETTANTERV:OM Kerettanterv 17/2004 (V.20.) OM rendelet, 3. sz. melléklet MOZAIK Kerettaiitervrendszer 17/2004 (V. 20.) OM rendelet

M a g y a r■ f • « 4 01 • r n < k

KN(;KDKLYS/AM: AK/1336-20/201 I

ISBN 97H 963 697 6514

© M O /A IK KIADÓ - S /K (;E I), 2011

AZELOLENYEKET ALKOTÓ ANYAGOK

IL fejezet AZ ANYAGCSERE

IIL fejezet ÉLETKÖZÖSSÉGEK

IV. fejezet A BIOSZFÉRA

V. fejezet A KÖRNYEZETI

TÉNYEZŐK

VI. fejezet AZ ÖRÖKLŐDÉS

VII. fejezet a AZ ÉLŐVILÁG 0

FEJLŐDÉSE

Tartalom

ÜK’.

I. fejezetA Z É L Ő L É N Y E K E T A L K O T Ó A N Y A G O K

1. Elem ek, ionok, szervetlen m olekulák ................. 10

2. A lipidek ..................................................................... 16

3. A szénhidrátok ........................................................... 20

4. A fehérjék ................................................................... 23

5. A nukléinsavak és a nukleolidok ........................ 27

6 . Az enzim ek ................................................................. 32

IL fejezetA Z A N Y A G C SE R E

7. Az anyagcsere ..............................................................36

8. A felépítő folyamatok ............................................. ..41

9. A lebontó folyamatok ............................................. ..43

10. A sejtalkotók ................................................................47

I I . A sejtanyagcsere, a sejtosztódásés a sejtm űködések vezérlése ............................... 53

I I I . fejezetÉ L E T K Ö Z Ö S S É G E K

12. A populáció ................................................................ 62

13. A környezeti kölcsönhatások ................................. 68

14. Az élettelen környezetlegfontosabb tényezői ............................................. 75

15. A viselkedési kölcsönhatások .............................. ...79

16. Az ökológiai kölcsönhatások ....................................83

17. Az életközösségek jellem zői ....................................87

18. A hazai életközösségek .......................................... ...93

IV . fejezetA B IO S Z F É R A

19. A bioszféra globális folyamatai ........................... 100

Tartalom

20. Az anyagfoigaloin és az energiaáram lás ........... 111

21. A biológiai sokféleség ............................................ 119

22. Környezet- és természetvédelem .......................... 121

V. fe jezet

A K Ö R N Y E Z E T I T É N Y E Z Ő K

23. A levegó ...................................................................... 126

24. A víz ............................................................................. 133

25. Az energia és a sugái'zás ........................................ 137

26 .A ta liy 139

27..A hulladék .................................................................. 141

V I. fejezet

A Z Ö R Ö K L Ő D É S

28. A genetika alapfogalmai ........................................ 144

29. A m utáció ................................................................... 150

30. A génm űködés szabályozása ................................ 157

31. A jó - é s a rosszindulatú daganatok ..................... 160

32. A m inőségi jellegek öröklődése .......................... 162

33. Az ivar m eghatározása ............................................ 173

34. A mennyiségi jellegek öröklődése ...................... 175

V II. fe jezet

A Z É L Ő V IL Á G F E JL Ő D É S E

35. Az ideális és a reális populáció ............................ ISO

36. A daptív és nem adaptívevolúciós folyam atok .............................................. 1S5

37. A biotechnológia ...................................................... 194

38. A bioetika ................................................................... 196

39. A prebiológiai evolúció .......................................... 199

40. Az em ber evolúciója ................................................ 204

< J r^ ry * _'- 'm

A szövegben vastagon szedettek a legfontosabb fogalmak, kifejezések. D őlttel a további fontos fogalmak szerepelnek.

A tem atikus egységek elején a részletes érettségi követelmények olvashatók.

KOZKI^S/INTfl követelm ény:

O A tém ához taitozó ism ereteket pontokba rendeztük.

KMKr;r S/INTÜ követelm ény:

O A szám ozás egyszem vé teszi a tém a megtalálását.

KÍSÉRLETEK. VIZSGÁLATOKA könyvben m egtalálható az érettségi vizsgán szereplő valamennyi kísérlet leírása.

TAPASZTALAT M AdVARÁZAI':

A kísérletekhez részletes m a gyarázót tartozik.

Emelt szintA tematikus egységek végén halványkék alapszínen találhatók az emelt szintű érettségi vizsgához szükséges anyagok.

Kedves érettségire készülő fiatalok!Egy olyan kiadványt tartanak a kezükben, mely szervesen kapcsolódik valamennyi gim názium i, illetve szakközépiskolai biológia-tankönyvhöz, és segíti mind a közép-, mÉnd pedig az em elt szintű biológiaérettségire való felkészülést. E könyv alkalmas az egyéni tanulásra, de hasznos kiegészítő lehet a biológia fakultációs órákon is.

A kétrészes kiadvány második kötete 7 fejezetből áll. A kötet 40 tem atikus egységre bontva tekinti át az érettségin e lő fordu ló biokém iai, se jtb io lóg ia i, ökológiai, genetikai, valam int evolúcióbiológiai ismereteket. E zeken belül kiem elt hangsúlyt kaplak azok a tém ák, am elyek ugyan a középiskolás tantervekben kisebb súllyal szerepelnek, azonban az érettségi követelm ényrendszerben részletesebben jelennek m eg. Ennek m egfelelően eltérő a kidolgozottságuk: m íg egyesek a teljes anyagot tartalm azzák, addig m ások inkább vázlatosak, az anyag álismétlését segítik. A könyv minden eleme a minél eredm ényesebb felkészülést szolgálja.

A pontos célkitűzés kialakításához valamennyi tem atikus egység elején szerepeltetjük a hozzá tartozó részletes érettségi követelm ényrendszert.

A követelm ényrendszer és a tem atikus egységek feldolgozása az érettségi szintjeinek m egfelelően történik. A középszintet követik a csak em elt szinten elvárt ism eretek, m elyeket halványkék aláfestés jelez.

A kiadvány segít a m ár tanult biológiai ismereteket rendszerezni, illetve más ö.sszefüggésben újrafogalm azni azokat. Jellegénél fogva tehát nem pótolja vagy váltja ki az általában használt tankönyveket. A felkészülést m indenképpen célszerű az adott tém ához tartozó tankönyvi anyag átism étlésével kezdeni.

A kiadvány sok táblázatot, m agyaiázó rajzot tartalmaz, m elyek a rendszerezést, az elvonatkoztatást, a folyam atok értelmezé.sét szolgálják. K önyvünkben kidolgozva és m agyarázattal ellátva m egtaláljuk a középszinthez szükséges valamennyi szóba jö h e tő gyakorlatot is.

A felkészüléshez jó m unkát. <tz érettségi vizsgához sok sikert kíván

a Szeraő.

I.

\\\

1

\

1 0 AZ ÉLŐLÉNYEKET ALKOTÓ ANYAGOK

1 . Elemek, ionok, szervetlen molekulák

KÖZÉI>SZINTfj követelm ény:

O Ism ertesse a C, a H, az O. a N, a S és a P szerepét az é lő szervezetben.

© Ism ertesse a H'*’-, a Ca^'*'-, a a Fe’"''-, a F e ^ - , a H C O j-, a C O |“- és a N O j-ionokterm észetes előfordulásait.

o Ism ertesse, miért jódozzák a sót, m iért tesznek a fogkrémbe fluort.

O Éitelm ezze a víz, a szén-dioxid és az am m ónia jelentőségét az élővilágban.

© M utasson ki szén-dioxidot m eszes vízzel.

K M K i;r SZINTŰ követelm ény:

© Ism ertesse a I. F, Si szerepét az é lő szervezetben.

O Ism ertesse a Na'*’-, a K’’’-, a Cl"-, a NOJ-, a N O j- és a PO^"-ionok term észetes előfordulásait.

O Biogén elemekA biogén elem ek azok, amelyek m ással nem helyettesíthető m ódon részt vesznek az élő szervezetek felépítésében és működésében.

A C, a H, az 0, a N, a S és a P szerepe az élő szervezetekbenSzén (C). Valamennyi é lő szervezet szám ára nélkülözhetetlen elsődleges biogén elem. Valamennyi szerves biogén molekula (lipidek, szénhidrátok, fehérjék, nukleinsavak) alkotója. Az é le t kialakulásának alapfeltétele a szerves szénvegyületek kialakulása volt. A szén azért ju tott kitüntetett szerephez a kémiai evolúció során, mert a szénatom ok néf>\ kovalens kötés kialakítására képesek (2 s 'p^ hibridállapot), ezek a vegyértékszögeknek m egfelelően egy tetraéder csúcsai felé mutatnak (lo.i.úhra). így három dim enziós szerkezetük van. Ennek következtében a .szénhez kapcsolódó atom ok egyenletes térkitölté.se is elősegíti a m olekula stabilit^ísát. A szénatom ok m ás szém itm iok- hoz kapcsolódva is, nehezen felbontható kötésekkel, hosszú láncokat képesek létrehozni, am elyek elágazhatnak, illetve gyűrűkké záródhatnak . A szénatom ok között kétszeres vagy három szoros kovalens kötés is kialakulhat. M indezek a sajátosságok rendkívül sokféle szénvegyület kialakulását eredményezték.A kém iai evolúció során fontos sajátosság volt az is, hogy a szén oxidjai gázok, közülük a szén-d iox id (C O j) vízben jól oldódik.

tetraéderes s^rkezet

hibridizáció * #

2pí E n n

2s2 m

1S2 QE

10.1. A szénalom felépítése

2sp3 II II 11 II

is2 m

ELEMEK. IONOK, SZERVETLEN MOLEKULÁK 11

A szén a bioszféra légkörében szén-dioxid-gázként, a vízben mint oldott szén-dioxid-gáz és hidrogén-karbonát, illetve karhonár-anion, az üledékes kőzetekben mint karhonátsó van jelen. N agy m ennyiség raktározódik a fosszilis energiahordozókban (szén. kőolaj, földgáz), illetve az élő szervezetekben különböző szerves vegyületek form ájában van jelen.

H id ro g én (H). Szám arányát tekintve a legnagyobb m ennyiségben előforduló elsődleges biogén elem . A víz ofkotójaként ott van a sejtek alapállom ányában, valam ennyi szerves m olekula építőelem eként a szerkezeti anyagokban, és a legkülönbözőbb m űködéseket végző és irányító m olekulákban egyaiánt. Szabad ionként (H'*') a sejteken belül és a sejteken kívüli terekben szintén jelen van. Fontos szerepet tölt be a transzjwrt- és enerffia forgahm folyamataiban, valam int a m egfelelő belső környezet biztosításában.

O xigén (O). Elsődleges biogén elem . Valamennyi életfontosságú szerves molekula, valamint az élet minden megjelenési formája számára nélkülözhetetlen víz is oxigéntailalmú. A lebontó folyamatok legfontosabb elektronfelvevője (sejtlégzés). Az egyetlen kémiai biogén elem. am elyet a sejtek a környezetükből közvetlenül, molekuláris formában is fel tudnak venni.

N itrogén (N). Elsődleges biogén elem . A biológiailag jelentős m akromolekulák közül építőelem ként nitrogént tailalm aznak n fehérjék és a nnkleinsavak, a lipidek közül ixfoszfatkloky és nitrogéntartalm ú szénhidrátsz/irm azékokat is ismerünk, ilyen például a kitin.

K én (S). M ásodlagos biogén elem . A fehérjéket felépítő húszféle am inosav közül kéntartalmú a ciszfein, a cisztin és a m etionin. Ezenkívül egyes koenzim eknek is fontos alkotórésze (például a koenzim-A).

F o sz fo r (P). M ásodlagos biogén eleim. A nukleinsavak és á foszforidok nélkülözhetetlen alkotója. A sejtekben a lebontó folyamatok során keletkező, a sejtek szám ára könnyen hozzáférhető. kémiai form ában raktározott e'nergia is nagyobbrészt különböző foszforvegyületek foim iíjában raktározódik (ATP, ADP, AM P). Hatással van a növények növekedésére és fejlődésére, főképpen azonban a virág- és termésképzésre, a mag érési folyam ataira. Az állatvilágban és az emberi szervezetben a csont építője.

© A H'*'-, a a Mg2+-, a Fe^^-, a a HCOj-, a C0|“ - és a NOj-ionok természetes előfordulásai

A H'*’ valójában elemi részecske, azonos a p ro to n n a l. Jelen van az é lő szervezetekben m inden sejt citoplazm ájában. a m itokondrium ok és a színtestek alapállom ányában, valamint m inden természetes álló- és folyóvízben a víz spontán disszociációja által (HjO'*'). Az anyagcsere-folyam atokban is létrejöhet H"*". A zöld színtestekben és a m itokondrium okban ebben a formaiban kerül rá a koenzimekre, a N ADP^-ie, illetve a NAD^-ra. A természetes vizek (csapadékvíz. források stb.) savas kém hatásának okozója.

A a természetben nagy m ennyiségben fordul e lő biológiai eredetű kőzetekben, m észkőben é s dolom itban, a talaj összetevőjeként agyagásványokban, valam int talajkolloidokhoz kapcsolódva, továbbá szabad kationként. A talajvíz és a rétegvíz is taitalm azza ionos állapotban. A z élővilágban számos egysejtű és puhatestű küls(> vázának legfontosabb alkotója szénsavas m ész (kalcium -karbonát, CaCO ^) formájában. A gerincesekben d csont összetevője.


a véiplazm a egyik szabad kationja. Sok növény kalcium-karbonát vagy kalcium-oxalát form ájában különíti el és raktározza a feleslegessé vált szerves vegyületeket.

A a teiinészetben a kalcium hoz hasonlóan kőzetalkotó (dolomit), ugyancsak előfordul a talajban és agyagásványokban, term észetes vizekben oldott állapotban (pl. keserűsó, magnézium-szulfát). A klorofill alkotója. Kisebb mennyiségben a gerincesek csontszövetének felépítésében is részt ve.sz. ^Számos anyagcsereenzint összetevője.

A és a Fe*'* a természetben a talaj agyagásványainak fontos összetevői, illetve mállási term ékként részben szabad, részben kötött form ában találhatók meg. Egyes talajok felszíni rétegében (pl. laterit. terra rossa) m eghatározó mennyi.ségűek. Az élő szervezetekben fontos enzim alkotók, pl. a légzési enzim ek felépítői. A Fe-^ a hemoglobin alkotója.

A H C O ^ (hidrogén-karbonát) anion, a termé.szetben a m észtailalm ú kőzetek szénsavas m állásának eredm ényeképpen keletkezik (pl. a cseppkőképződés alapja). A forrásvizek, ásványvizek, álló- és folyóvizek termé.szetes anionja. A szén-dioxid vízben való oldódása esetén is keletkezik. Az élő szervetekben a tes^olyaJékok egyik legnagyobb mennyiségben jelen lévő szabad anionja, a szén-dioxidot ebben a form ában szállítja a vér.

A C ü 5 “ (karbonát) anion a term észetben előforduló egyik leggyakoribb szervetlen összetett ion. Kalciumvegyülete a m észkő anyaga, ennek mállási term ékeként fontos talaj- és vízösszetevő. A karbonátos talajok kedvező víz- és anyagforgalm úak, jó tennőképességöek. Az élő szerveztekben a puhatestűek és egyes egysejtűek kai bonáttailalmú kiilstt vázának, a gerincesekben a f.sYí/í/egyik felépítője.

A N O 7 (nitrát) tem iészetes körülmények között alapvetően biogén eredetű anion. Abiogén úton csak a levegőben lévő nitrogénből keletkezik (villám lások hatására), ami az esővízzel a talajba mosódik. Biogén úton a rothasztó baktériumok által a bomló szerves anyagokból felszabadított am m óniából keletkezik nitritionon (N O j) keresztül, nitrifikáló baktérium ok közrem űködésével. A talaj legstabilabb nítrogénform ája, a növények szám ára felvehető nitro- génforrás.

O Miért jódozzáka sót?A jó d (1) az em ber számára fontos nyomelem, meil az em lősök és az em ber pajzsmirigye által term elt horm onok egyik csopoiija (tiroxin, trijód-tironin) jódot tartalm az, ezéit számukra nélkülözhetetlen. Ez a m agyarázata a só jódozásának is. Term észetes körülm ények között az em ber, főleg az ivóvizével, elegendő jódot vesz fel. Egyes vidékeken azonban a víz jód- tartalm a nem elegendő. így az ott élő em bereknél jódhiány léphet fel, akiken a pajzsmirigy elégtelen m űködésének a jelei mutatkoznak. Valójában nem a pajzsm irigy működik rendellenesen. hanem a jódhiány miatt nem tud megfelelő mennyiségű tiroxint felépíteni. A megfelelő horm onszinthez szükséges jódot legegyszerűbb a konyhasóhoz kevert kálium-jodiddal (KI) biztosítani mindenki .számára.

Miért tesznek a fogkrémbe fluort?A f lu o r (F) az állati és az emberi szervezet számára fontos m ikroelem, ^ fogzom ánc alkotója. A fogkrém be kevert fluorid beépül a fogzom áncba és erősíti azt.

ELEMEK. IONOK, SZERVETLEN MOLEKULÁK 1 3

0

13.1. A vízinolekulit szcikezete

O A víz jelentősége az élővilágbanA víz <12 élő szervezetek legnagyobb m ennyiségben előforduló anyaga. Például a medúzák tám asztó lem ezének 9 0 -9 5 % -a , az em beri szem üvegtestének 99% -a, a fiatal palánták 7 5 -8 0 ‘ - a víz. A felnőtt emberi szervezet átlagosan 62 tömegszázalék vizet tartalmaz. Ez a je lentős vízm ennyiség elengedhetetlenül szükséges a sejtek szerkezetének és életműködéseinek a fenntartásához. A víz jelentősége kém iai és fizikai sajátosságaival függ ös.sze.

A víz kémiai szerkezetét tekintve dipófus- molekuUt (i.^.i.úhin). Polaritása következtében a víz a poláris anyagok jó oldószere. Jól o ldódnak benne a kis m olekulatöm egű poláris sze rv e i m olekulák (szőlőcukor, karbam id. am inosavak stb.), és az ionrácsos vegyiileíek egy jelentős része vizes közegben ionjaira esik szét (i.v.2.Hbra). A dipólus vízm olekulák a feloldott m olekulákat, illetve szabaddá váló ionokat ellentétes töltésű végeikkel feléjük fordulva és hozzájuk kapcsolódva, többrétegű vízburokkal veszik körül, hidratálják. A hUi- rá thurokka! körülvett részecskék (ionok , összetett ionok) képesek tailósan szétoszlatott állapotban maradni. Hasonló okok m iatt a víz képes tartósan oldatban tartani nagym éretű, már a ko llo id m éreítaríonum yha eső (1 -5 0 0 nm) m akrom olekulákat is.

A víz kémiai összetételéből és szerkezetéből szárm azik a másik nagyon fontos kémiai sajátossága: disszociációja révén savas jellegű pro tonok (H'*', pontosabban oxónium ionok

és lúgos jellegű hidroxidionok (O H ) keletkeznek belőle. Természetesen a keletkezett ionok m ennyisége (koncen tráció ja)- tiszta vízben - egyforma. A kémiailag tiszta víz pH -ja 7, am ely a sem leges kém hatásra je llem ző érték.

A víz további fontos tulajdonsága m ég a nagy fajhője (hőkapacitása), ami azt eredményezi, hogy sejtes szinten és ökológiai szem pontból is - a vizekben mint tartózkodási közegben - tompítémi képes a hőm érséklet szélsőséges ingadozásait.

..vfzmotekulák’ fi « nemolííóőon*

■ «kristály

, * *

13.2. A víz oldószer

A szén-dioxid jelentősége az élővilágbanA szén a szerves vegyületeken kívül a bioszférában leginkább szén -d ío \id -g áz formájában van je len (I4.i.úhra). Értéke mintegy 0,03-0,04% . A zöld növények a .szén-dioxid redukciójával ju tnak a szerves vegyületekbe beépíthető szénhez. így a vegyület az élővilág szempontjából nélkülözhetetlen. A lebontó folyam atok során a szerves vegyületekből szárm azó I, 2, 3


vilUmUis

dfniírifikiáíáboMnten

a nitrogAi megkOU

Nitfobacur, amsofiwuN i i m t o c o c c u s

14.1. A légköi szén-dioxid-koncentiVtciójiít meghatározó 14.2. A nitrogén köiforgása tényezők

oxidációfokú szénatom ok 4 oxidációfokú szenet taitalm azó szén-dioxid formájában válnak energiában szegény szénatom okká. A z oxidációfok azt m utatja meg, hogy a szénatom hány vegyértékkel kapcsolódik oxigénhez. A szén-dioxid vízben oldódva m int hkhogéti'karixm át anion a véiphizma fontos szén-dioxid száMítója, illetve mint kémhatást kiegyenlítő pulTer ve- gyület is jelentős. Karbonát formában a meszes külső váz és a csontok szilárd anyagának ve- gyület-összetevője.

A szén-dioxid-tailalom részben geológiai esem ények kapcsán keiül a légtérbe, részben áz élőlények légzési folyam afai során keletkezik. Az evolúció során a fotoszintetizáló szervezetek szén-dioxid-fogyasztása és a légzés szén-dioxid-termelése a légkör szén-dioxid-szintjét is stabilizálta.

Az ammónia jelentősége az élővilágbanAz am m ó n ia (NH^) a nitrogén hidrogénnel alkotott vegyülete. M érgezőgóz, molekulárisán a sejtek lebontó folyamatai során nem keletkezik, állíilában amincsopoit (-N H ^) formában vándorol molekuláról molekulára (transzaminálás). Ha lekerül egy szerves molekuláról (dezami- nálás). már csupán „hatástalanított” form ában lesz jelen , rendszerint m int karham kl, például a fehérjék bomlástermékeként. Az am inosavak és más ammóniaszái mazékok igen nagy jelentőségűek íi fehérjék felépítésében. A term észet körforgásában ti4.2. ábra) a rothasztó baktérium ok hatására molekulárisán is keletkezik a fehérjék lebontásakor, ám mivel vízben igen jól oldódik, általában nyomban am m ónium ionná alakul, és ammóniumsók formájában lesz jelen.

© SZÉN-DIOXID KIMUTATÁSA MESZES VÍZZEL 1. vizsgálat

ANY/V(;oK íis e szk ö zö k : lOOcm^-es főzőpohár, üvegcső, kalcium -hidroxid-oldat.

vÉííRKiiAjTÁs: A főzőpohái feléig tö ltsünk frissen készített kalcium -hidroxid-oldatot (m eszes vizet), majd egy üvegcsövön keresztül fújjunk bele. Figyeljük meg a változást, és m agyarázzuk meg az okait.

ELEMEK. IONOK, SZERVETLEN MOLEKULÁK 1 5

TAPAS/;rALAT í*s m a c y a r á z a t : a hefújásr követően a m eszes víz zavarossá válik. A változós oka, hof'y a kilégzés során szén- (iioxU ht fújtunk ki, am ely a m eszes vízzel kalcium -karhouát keletkezése közben reá- gólt.

C O 2 + C a(O H )2 = C aC O j +m eszes víz mészkő kiváiása tiszta otdat

15.1. A szcn^díoxid kiinuUitásit

O A I, a F és a Si szerepe az élő szervezetekbenJód (I). Az élővilág egyes csoportjai sz<tiTiára fontos nyomelem. Az alacsonyabb rendű növények közül a bamamoszüUfk légzéséi fokozza, a magasabb rendű növények számárit növekedést stimuláló hatású. Az emlősök és az ember pajzsmirígye által tennelt honnonok egyik csoportja (tiroxin. trijód- tironin) is tartalmaz jódot, mert számukra nélkülözhetetlen.

Említésre méltó, hogy egyes vörös- és kovamosziítok, főképpen azonban barnamosziitok nagy mennyiségben vonnak ki jódot a tengervízből, és magukban elemi jód formájában raktiuozzák.

Fluor (F). Csak <iz állati és az emberi szervezet sz<im<u fontos mikroelem, a fogzfumíiic alkotója.Szilíduni (Si). Egyes növény- és iíllatc^oportok szitm<íra nélkülözhetetlen. A növények közül a ko-

vamoszatok és a zsurlók sok szilíciumot építenek be sejtjeik falába. Az állatok közül a kovavázas egysejtű eukarióták és szivacsok életműködéseihez szükséges.

O A Na"^-, a K***-, a Cl - és a PO^'-íonok természetes előfordulásaiA nát ríiiiníoi) legnagyobb mennyiségben (természetes és oldott állapotban) a tengen’ízben található meg. A tengerek sókoncentrációja átlagosan 34,7 g/1000 cm^. A Földközi-tengeré ennél magasabb, ZS,5%c, az E.szakÍ-Jegestengeré viszont alacsonyabb, csak 33%í , míg a Balti-tengeré a sok beömlő folyó miatt mindössze \%c. Az édesvizek sókoncentrációja 0,003%c. Az édesvizeknek a sókoncentrációk kialakításiíban alapvető a szerepük. Emellett az élő szen'ezetek testfolyadékaiban is jelentős, minden sejtes szei^vezetre jellemző másodlagos biogén elem. A szervetlen világban a tengerből származó sóbepárlódásokban (halitbánya, halit = kősó) fordul elő jelentősebb mennyiségben. A talajtípusok közül nagyobb tömegben a szikesekre jellemző.

A kálium a tennészetben a nátriummal együtt fordul elő, hasonlóan ionos állapotban a tengervízben, a kősóbányákban és az élő szervezetekben. A nátriumnál nagyobb mennyiségben talajalkotó, az agyagásványok fontos ionja.

A kloridion a tengervízben és a testfolyadékokban a nátriumion és a káliumion jelentősebb anionja. A gerincesek szeivezetében viszont az egyik legfontosabb sejten belüli és sejten kívüli .szabad anion. Fontos szerepet játszik az ingerlékenységi folyamatokban. A kloridion a vörösvérsejtek szén-dioxid transzpoitfolyamatainak csere anionja.

A fos/tát (pontosabban ortofoszfát) anion az élő szen'ezetek energiatároló vegyületeiben, valamint a nukleinsavak alkotójaként fordul elő. Jelentős a csontok és a puhatestűek külső vázán<ik összetevőjeként is. Ugyanakkor a vérplazmában csak savanyú sóinak anionjaként (HPO^“, H,PO^) mint hidrogénfoszfát fordul elő, ugyanis az ortofoszfát aniont a vérplazma kalciumionjai kicsapnák, aCa^CPO^)^ ugyanis nem oldódik vízben.


2 . A lipidek

KÖZKI^SZINTfí követelm ény:

O Ism ertesse a lipidek oldódási tulajdonságait, hozzon rá hétköznapi példákat.

Q Eitelm ezze, hogy a zsírban oldódó vitaminokat miért nem kell m indennap fogyasztani.

O Ism ertesse és ismerje fel a zsírok és olajok biológiai szerepét (energiaiaktározás. hő- szigetelés, mechanikai védelem), é s hozza ezt összefüggésbe a zsírszövet szervezeten belüli előfordulásával.

O M agyarázza el a foszfatidok poláris tulajdonságai alapján, m iéit alkalm asak a biológiai m em bránok kialakítására (hártyaképzés).

0 Ism ertesse az epesav polaritása alapján az epe zsírokat szétoszlató szerepét. Végezzen kísérletet az epe zsíroszlató szerepének bemutatására.

KMKI.T SZINTŰ követelm ény:

© M agyarázza el, hogy mi az összefüggés a kamtinoidok konjugált kettős kötés rendszere és a fotokémiai szerepe között a növényekben (kaiotin. xantofill) és az em ber látási folyam atában (A-vitam in, rodopszin).

O A lipidek oldódási tulajdonságaiLipidek a n eu trá lis zsírok , a foszfatidok . a .szteránvázas vegyületek (szteroidok) és a ka- ro tin o id o k (I6.i.ábr8). A lipidek közé tartoznak például az állati zsírok, a növényi olajok, a tojással g«íjában lévő lecitin stb. Ezek eltérő szerkezetű vegyületek, közös tulajdonságuk azonban az, hogy apolárisak, ezért vízben nem. csak apoláris oldószerekben oldódnak. Ilyen apoláris o ldószer például az éter, a benzol, a benzinszárm azékok stb. Ezeknek köszönhetően lehet a vízben való mosással eltávolíthatatlan zsíifoltokat a luhákból foltbenzinnel eltávolítani.

T íp u so k

K ép let

H id ro líz is

F e lé p íté s

T u la ld o n sá g

P é ld a

L ip id ek

neutrális zsírok foszfatidok

O-CO'

O-CO'

O-CO'

r(KO-(K O '

tiidrolizálh^ó üpidek (eiszappanosithatók)

glicerin + 3 zsírsav észtere

apoláris

seitészsír, cetzsír. tökmagolaj. repceola]

gbcerín + 2 zsírsav + H ,P04 + poláris

molekula észtere

poláris é s apoláris

lecitin. kefalín

sztenjidok karotinoidok

nem hkirolízáliiató lipidek

szteránváz (gonán alapváz) + old^üláncok

apoláris

koleszterin, ösztrogén. tesztoszteron. aldoszteron,

epesav. 0-vitamin

izoprén* származékok (8 db)

apoláris

karotin, xantofill. likopin. A-. (E-. K-) vitamin

16.1. A lipidek különböző típusaimtk legfontosabb jellemzői

ALIPIDEK 17

O M iért nem kell mindennap fogyasztani a zsírban oldódó vitaminokból?A z s írb a n oldódó v itam inok kémiai szerkezetüket tekintve a lipidek valamelyik csoportjába tartoznak. Az A -vitaniin példilul karotinoid, a D -vitam in szteránvázas vegyület. Ezéil nem oldódnak vízben, viszont jó l oldódnak apoláris vegyületekben. így zsírokban. M ivel a szervezetben több-kevesebb zsíiraktár m indig van, a nagy zsírtartalmú szövetek képesek a zsírban oldódó vitam inok tartós tárolására. Ha egy alkalommal többet fogyasztunk az éppen szükségesnél, a felesleg nem ürül ki. hanem a zsírszövetekben raktározódik, mindennapi fogyasztásuk ezért nem szükséges.

O A zsírok és az olajok biológiai szerepeA zs íro k elsősorban mint ta r ta lé k tá p a n y a g o k fontosak. A növényeknél nz olajos m agvakban. például a napraforgó, repce, mák m acáb an , az állatokban a zsírszövetben találjuk a legtöbbet. Táplálkozás-élettani szempontból az energ iá t szolgáltató táp an y ag o k közé tallóznak. Emellett fontos szerepük van az emlősállatokban a hőszigetelésben, a fókák, cetek vastag, bőr alatti zsírrétegeinek ez a magyarázata. Az em lősöknél többé-kevésbé szerepet Játszik még a test m echan ikai védelm ében is, hiszen a zsírszövet egy része a bőr legalsó rétegében, a bőraljában (em bereknél a tenyéren, talpon) halm ozódik fel.

s M iért alkalmasak a foszfatidok sejtmembránok kialakítására?A foszfatidok n fosífaridsdv száimazékai. A foszfatidsav olyan vegyület, am elyben a glicerin három alkoholos hidroxilcsoportja közül csak kettőt észt^eresíf valamilyen zsírsav , a harm adikhoz egy foszfo rsav kapcsolódik ugyancsak észterkötéssel (n.i.úhru). A zsírsavak lehetnek azonosak, de különbözőek is, telítettek vagy telítetlenek egyaránt. A foszforsav kapcsolódhat a glicerinm olekula valam elyik szélső -O H -csoportjához vagy a középsőhöz is.

A foszfatidokban a foszforsav egyik szabad -O H - csoportjához ugyancsak észterkötéssel egyéb, mindig nitrogént is taitalm azó m olekularészlet kapcsolódik. A nitrogén tlégy vegyértékű. ezért egy pozitív töltése van.

A négy vcgyéilékű nitrogén a foszfatidokbiin az aminónlumion- hoz hasonló szerkezetű. Ha egy aminóniamolekulát vízben oldunk. akkor az ammónia nitrogénje nemkötő elektronpárja réven egy protont vesz fel a vízből, és pozitív töltésűvé válik. Ha egy ilyen aminóniumion mind a négy hidrogénjét képzeletben valamilyen más gyökre cseréljük ki, egy olyan vegyületet kapunk. amelyben a nitrogén négy vegyértékű („ionos”), azaz a molekula nagyon poláris lesz. Például ha a képzeletbeli ammóniumion három hidrogénjét metilcsopoilra cseréljük, a negyedik pedig két inetilcsoporton keresztül a foszfatidsav fősz- forsavrészletéhez kapcsolódik, a lecitint kapjuk.

kolin

foszfát-csoport

glicerin

zsírsavak

17.1. Ivccitin

fos:tors3vgtcen)

zsrsavaii

tÉ)l otóO

egyrétegű U/TyarmJeaCl csepp

17.2. A foszfattdsav-inolekuia egyszerúsí* lett jclölc.sc és elhelyezkedése vizes közegben


A foszfatidok kémiai összetételéből követ- poláris réteg apoöri$ réteg poláris rétegkezik. hogy molekuláik egy apo láris moleku- larészletet és egy poláris m olekularészletettartalm aznak. Az ilyen m olekulákat aittfipa- . ^ . j j 3 5 > -

m olekuláknak nevezzük, m ert apoláris ’m olekiiiarészleteik vízben nem o ldódnak .a polárisak viszont nagyon jól. Ennek követ- , ^keztében , ha vízre rétegezünk valam ilyen foszfatidot. annak vízzel érintkező molekulái, poláris végeikkel a víz felé fordulva „oldód-nak’* a vízben. Ha összerázzuk a vízzel, akkor 18.1. A foszfutid kcttősictcg szám os m olekulából á lló csoportok , apró,gömb alakú cseppek, micellák formájában stabilan elegyedik a vízzel. A jelenség magyarázata az, hogy az am fipatikus molekulák térben szabályosan rendeződve helyezkednek el a vízben, poláris részeiket kifelé, a vízmolekulák felé fordítják, míg apoláris oldalláncaikkal egymás felé fordulnak, „egym ásban oldódnak” (i7.2.ábra).

A foszfatidok (i«.i. ábra) biológiai jelentősége éppen amfipatikus jellegükből fakad. A vizes fázisban kétrétegű határháilyák kialakítása révén (am elyben a m olekulák apoláris végeikkel egym ás felé. poláris végeikkel pedig a m icellákhoz hasonlóan a víz felé fordulva találhatók) a biológiai m em bránok alapanyagai.

- - Az epe zsírokat szétoszlató szerepeAz epe szteránvázas vegyület, az apoláris szteránváz azonban számos poláris m olekularészletet (karboxilcsopoit, OH-csopoit) tartalm az. Ezért az epe a foszfatidokhoz hasonlóan kettős jellegű, apoláris és poláris molekuláiészletei egyaránt vannak. A viselkedése is hasonló, vizes közegben könnyen képez micellákat, am elyek a zsírokat kis cseppecskék form ájában fogadják m agukba, azaz a zsírt a vizes közegbe viszik. A m icellaképzésben az epe kettős jellege m ellett fontos a bélm űködés keverő m ozgása is.

AZ EPE 2SIR0SZLAT0 SZEREPENEK BEMUTATASA 2. vizsgálat

ANYA(íOK kszkö/X )k: kém csőtartó, kémcsövek, cseppentő, dörzsm ozsártörővel, vegyszerkanál, desztillált víz. étolaj, sertésepe.

vk(;r i:i i .\jt á s : Két kém cső közül az egyikbe tegyünk 10 cm^ desztillált vizet, a másikba a 10 cm^ desztillált vízen kívül néhány csepp epét is. M indkét kémcsőbe öntsünk kevés étolajat, majd a kémcsöveket alaposan rázzuk össze. Figyeljük meg a kém csövek tartalmát közvetlenül az összerázást követően, majd kis idő elteltével ismét figyeljük meg.

rAP/VSZTALAT KS MAíiYARÁZA 1': Az éio lű j (i vt'zben nem oUhnUk, A kétncsőhen összerázva (Umenefilefí a ké t fázis összekeveredik, á llás közben azonban azonnal elkülönül. A z epe a ráz^ís során keletkező em ulziót stabilizálja, a ké t fázis az epét is tartalm azó kémcsőben a ráz^íst követően nem különül el.

ALIPIDEK 19

O Mely hormonok szteránvázasak?S/teránvH/as horiiioiiok egyrészt az ivannhigyek hormonja i. Ilyenek a petefészek tüsz6 í által termelt öszirogének és a sárgatest hormonjai, valamint a magz»tburok és a méhlepény progeszleronja, illetve a heiék leszioszteronja szintén szteránvázas vegyületek. Az ivannirigyeken kívül szteránvá- zas hormonokat tennel a mellékvesekéreg három rétege is. A só-víz házlailásért felelős honnonok (pl. az ahloszferon). a szénhidrát-anyagcsere hormonjai (pl. a korlikoszieron), viüa- mint a legbelső réteg féifi ivari jellegű hoimonjaihoz hasonló szerkezetű hormonok egyaránt szteránvázasiik. (I9.I. ábra)

A konjugált kettős kötésű rendszerek lotokém iaí szerepe

s«efáftvii H, -|CH,ICH,

koleszterin

HjOH,/

androsneronkortíni progeszteronH,OH

9lQk»korükoid

ko rlko s ittro n ies2tosMfDri

HOaldosneroo osiiradio l

m im ra lokortllio id ae n iilsz te roM ok

19.1. A mcllckvcsckcrcg hormonjai

A karofiiKMdok (19J. ábm) poliineriziilt izoprén molekuhíkn<ik tekinthetők. Az izoprén vagy 2-metÍlbuta-l,3-dÍén atenné- szetben rendkívül elterjedt vegyület <l9.4.»hni). Az összekapcsolódó izoprén polimerek nagys^mií ketr(7s kötési tartalmaznak, amelyek két szénatomonként ismétlődnek, azaz konjugált kettős kötési rendszereket képeznek. Ezeket iiz elektronrendszereket a látható fény gerjeszti, ezért többnyire színesek. A gerjesztés azt jelenti, hogy már a látható fény energiája elégséges ahhoz, hogy a hiza elektronrendszer elektronjai külső, energiában gazdagabb atompályákra menjenek ki. amelyekről „visszazuhannak”, miközben a felvett energiát valamilyen színű fény formájában kisugározz«ik. A gerjesztés tehát a fényenergía abs/orbeálását, elnyelésétje* lenti, éunelyet a 2//Wízm/É'.í/^A'foíorendszerei (19.2. ábra) koncentrálni képesek, cs ez«íltal egy hányadát hasznosítani tudják. A látás folyamatában a felvett energia a látóbíbor hasításához szükséges wm jellegű részre és egy fehérjére, a csa|X>kban rodopszhira, a pálcikákban opszinra különül el. Ez a fotokémiai reakció indukálja az akciós potenciált.

fény A y v * w \ / \

T - - -

(ény ^ ^

fény f \ j \ / ^ 'ény

fény

® S S 3 S “ “ 0 ~ "32 energia diamutsi iránya ^ (karotínoid)

anwnnamoiekuttic

^ />-karotin

^ o-karotin

^ xamofiil (zeaxartin)

19.3. KiU'Otin és xantofill

CH 3

^ C \ ^ C H 2 HgC C

19.2. A fény cibszort>e<ilásii a gránuinban 19.4. Izoprén


3 . A szénhidrátok

K ()/K PS/JN X rj követelm ény:

O Ism ertesse a szénhidrátok tulajdonságait (íz, oldhatóság, em észthetőség) az alábbi példákon: szőlocukor. keményítő, glikogén, cellulóz. Ismertesse term észetes előfordulásukat és az é lő szervezetben betöltött szerepüket. Ismerje fel a glükóz, ribóz, dezoxi- ribóz molekulájának vázát. Tudja a glükóz összegképletét és a poliszacharidok általános képletét.

O V égezze el a kem ényítő kim utatását jóddal, vizsgálja m ikroszkóppal.

© M agyarázza el, m iért édes a sokáig rágott kenyérhéj.


O Ism ertesse a hidrolízis és a kondenzáció fogalm át, hozzon rá példákat a m akrom olekula-alapegységek összekapcsolódása és szétbomlása folyamatában.

O A szó'lőcukor, a keményítő, a glükogén és a cellulóz tulajdonságai, valamint természetes előfordulásuk

A legjelentősebb m onoszacharid a g lükóz (2«.i. ábra) vagy szőlőcukor, C^H ijO ^ (2o.i. ábra).

Fehér színű, kristályos szerkezetű, vízben jó l oldódik, édes ízű. A fotoszintézis során glükóz a végtermék, ezért valamennyi szei'ves szénvegyület szénváza a glükózból származik. í>zámos összetett szénhidrát felépítő a lap n io lek u lá ja a sejtek legfontosabb en e rg ia fo rrá sa .

A k em én y ítő a fotoszintézis eredm ényeként keletkezik, és egyes növényi részekben halm ozódik fel. a-glükózm olekulákból áll, rendkívül sok cukoregységből tevődik össze (1 -4 összekapcsolódásokkal). Nem egységes, hanem kétféle szerkezetű poliszachaiid keveréke. Az egyik összetevő az am ilóz (2i.i.úbra). am ely 100-2500 glükózból állhat. így a relatív m olekulatömege a 400 000-et is elérheti. A kialakuló makromolekula egyenes, el nem ágazó lánc, amely az összekapcsolódó glükózmolekulák térbeli helyzete miatt felcsavamdott. A szerkeze-

nyit láncú lorma

csopor!

HO-O-HH -O -O H

H ^^-OH H

átmeneti forma gyűrűs torma

HO OH HO H|3 12H OH H OHa-giúköz va g y ^ -g lű k ^

20.1. A glükóz

A SZÉNHIDRÁTOK 2 1

amilöz

amílopektin

21.1. Amilóz és ;iinílopcklm

tét hidrogénhídkötések stabilizálják. A másik össze tevő az a n iilo p ek tin , am ely gyakran csak 2 0 -2 5 glükózegységbo! áll, és relatív m oleku latöm ege a 2 0 0 0 0 0 -et nem éri el.A kem ényítő a növényekben különböző m éretű (2—180 m ikron nagyságú) szem csékben található. Hideg vízben nem oldódik, m eleg vízben kolloid oldatot képez. Kimutatása j(k i‘ próhával történik. A kálium-jodidos jódoldat (Lugol-oldat) ugyanis a keményítővel kékesfekete színreakciót ad. Minél több a kem ényítő. annál sötétebb a fellépő szín.

A kem ényítőhöz hasonló szerkezetű a glükogén (21.2. ábra). Állati keményítőnek is szokták nevezni, m eit a májban és az izomban az állatok (és az em ber) leggyoi sabban felhasználható energiafoirásii. A gombák taitalék tápanyaga is glükogén. Felépítése a keményítőéhez hasonló, a-glükózm olekulákból áll. amelyek l-4 -e s szénatomjaikon keresztül kapcsolódnak egym áshoz. A z összetétele azonban egységes, az am ilopekfinhez hasonló, az elágazások száma viszont lényegesen több, minden 3-4. glükózmolekulánál találni egyet. Relatív molekulatömege a félmilliót iseléiheti. Vízben a keményítőnél sokkal jobban oldódik, m ár szobahőmérsékleten m integy 2 0 %-os kolloid oldat keletkezik belőle.

Lugol-oldattal ugyancsak kimutatható, pozitív próba esetén vörös-vörösesbarna színeződés lép fel. A keményítőt a nyálamiláz enzim ma/fózra, majd a hasnyálamiláz és a maltáz glükózra bontja le.

A cellulóz (2iJ.úhn))a Föld legelterjedtebb temiészetes poliszachaiidja. Biológiai szempontból vázanyag, a növények sejtfalának legfőbb építője, és a rovarvilágban elterjedt kitin alapanyaga is. A kem ényítőhöz hasonlóan l-4 -e s összekapcsolódású glükózm olekulákból áll, a szőlőcukrok azonban /J-helyzetííek. Ennek következtében a keletkező m akrom olekula térben nem csavarodik fel, hanem hosszú, egyenes szálú lesz. A cellulóz elágazásokat nem tartalm az. Relatív m olekulatöm ege m illiós nagyságrendű.

A cellulózt csak egyes baktériumok képesek lebontani. Sem az állatok, sem az em ber nem rendelkezik cellulózbontó enzimmel.

A poli-szHcharidok á lta lán o s k ép le te : C „H 2„.2 0 „.j.

21.2. A glükogén felépítése

r O O

21.3 . A cellulóz szerkezete

22 AZ ÉLŐLÉNYEKET ALKOTÓ ANYAGOK

0 k e m é n y ítő k im u ta tá s a j ó d s e g í t s é g é v e l (LUGOL-OLDAHAL) 3. VIZSGÁLAT

K észítsen kaparékot burgonyagum ó felszínéről, és tanulm ányozza a raktáiozó alapszövetben lévő kémé- nyítő,szemcséket.

ANY/V<;<)K KS kszkö /<")k : burgonyagum ó, lándzsatű, tárgylem ez, fedolem ez, cseppentő, fénym ikroszkóp, l9fc-os kálium -jodidos jódoldat.

VKíiRKiiAj T/VS: Egy burgonyagumó vágási felszínét kaparjuk meg lándzsatűvel. A levált kaparékot tegyük tárgylemezre, oszlassuk szét, fedjük le egy csepp 1 %*os kálium-jodidos jódoldattal. Tanulmányozzuk kb. 10 x 20 nagyításon. Készítsünk rajzot a keményítőszemcsékről!

22.1. Kcincnyítőszcincsck mikroszkópos képe

l APASzrALA r Vü m a ( ;y a rá z a r: A kem ényítőzárványok kerekdedek vagy ovális alakúak.A jó d hatására feketés’liláskék színííekké válnak.

O Miért lesz édes a sokáig rágcsált kenyér?A kem ényítő em észtése m ár a szájban^ a nyálban lévő nyálam iláz enzim m űködésével megkezdődik. A kem ényítő két glükózegységből álló m altózm olekulára bom lik le az em észtés során. A m altóz az egyszenJ cukrokhoz hasonlóan édes ízű.

O A kondenzáció és a hidrolízisA koiideii/áció vfzkilépéssei járó kémiai reakció. A szervezetekben enzimek kataliz<íló hatús<íra megy végbe úgy. hogy az egyik molekulából egy hUiro^énaUnn, a másikból egy hUlr<>xik'Sofx>rt lép ki. Ezek vízzé egyesülnek, iniközben a keletkező két párosítatlan elektron a gyökök között kovalens kötéssé kapcsolódik össze. A kondenzikiós reakció a makromolekulák keletkezésének alapvető reakciótípusa, így jönnek létre a neutrális zsírok és a foszfatidok glicerinből és zsíiNavakból. A poliszacharidok egyszerű cukrok összekapcsolódásával, a fehéijék pedig aminosavakból alakulnak ki. Kondenziíciós reakcióval keletkeznek a nukelozidok ribózból és dezoxiribózból, valamint foszforsavból. Kondenzációs reakciók tehát az észterképződéssel járó reakciók és a peptidkötések keletkezése is.

A hídrolí/ls ezek fordítottja, folyamata során hidroláz enzimek segítségéve! víz lép be a kötésekbe, és az<iddigi egységes molekulát két molekuliini bontja fel. Hidrolízis például az összes emeszlesi re<ik- ció, illetve valainennyi makromolekula építő molekulákra való bontása. <22.2. ábra)

Konden2ációH H monomén~ OH H-{ monom éT|-OH H H monomef}- OH

^ HzOH -{monoméTh monomeTI- OH H H nwiomérl-OH

>• HjOH H monomeTlH monoméTlH monomerV OH

HidrolízisH H monoménH monom erlH monomefl- OH

H2OH H monomer |- OH H H moiwmefVl moftomeri- OH

H2O'

H H monom éfV OH HHnxmom^OH H H monomwV OH

22.2. A víz reakciói a sejtben

A FEHÉRJÉK 2 3

4 . A fehérjék

KÖZKI^SZINTŰ követelm ény:

O Ismertesse és ismeije fel a fehérjék általános szerkezetét (peptidlánc). Tudja, hogy a fehérjék alapegységei az aminosavak, s hogy a fehérje térszerkezete függ az amlnosavsor- rendtől.

o Jellem ezze a fehérjék biológiai szerepét (enzimek, összhűzékony fehéijék. vázanyagok, receptorok, szállítófehérjék, taitalék tápanyagok, antitestek, jelö lő fehérjék, véralvadás, szabályozó fehérjék). Hozzon példát ezek előfordulására.

© Magy<u-dzza el, m iéit elengedhetetlen alkotói étiendünknek az esszenciális aminosavak. Hozzon példákat a mindennapi életből a fehérjék szerkezetének m egváltozására (tojás- és hússütés).

O V égezzen el fehérje kicsapódá.sát bem utató kísérleteket (hő, nehézfém sók. mechanikai hatás).

KMKl.T S/IN TÜ követelm ény:

o Ism erje fel az am inosavak általános képletét és a peptidkötést.

O Hozza összefüggésbe a stresszfehérjék (hősokkfehérjék) m űködését a sejt öngyógyító folyam ataival.

O A fehérjék felépítéseA z élő anyag felépítése és m űködése szempontjából alapvető jelentőségűek a feh érjék . R észt vesznek m inden sejt fe lép ítésében , a kü lönböző életfo lyam atok irány ításában és szabályozásában. A fehérjék m akrom olekulák, amelyek építőkövei az am inosavak .

A fehérjék szerkezeteA fehérjék elsődleges szerkeze té t az összekapcsolódó (iminosavak sorrendje ad ja meg. Az elsődleges szerkezet hatáix)zza meg a fehérjék m űködését. Ha egyetlen am inosavat egy m ásikra cserélünk ki, a fehérje többnyire mái' nem képes ellátni biológiai funkcióját. A megfelelő m űködéshez szükséges továbbá, hogy a polipeptidlánc megfelelő férszerkezetű\egyen. Ezt nevezzük a fehérjék m ásodlagos sze rk e ze tének . Ennek stabilitását elsőrendű é s m ásodrendű kémiai kötések biztosítják. (2. .1. úbnt)

B sM eges szerkezet

peptídkűiés

alegység alegység

23.1. A fehérjék szerkezete


O A fehérjék biológiai szerepeBiológiai működésük alapján a fehérjék számos csopoitba besoiolhatók. A vázfehérjék a sejtekben, szövetekben szerkezeti elem ként vázszerepet töltenek be. Ilyenek például a keratin, a kollagén, az elasztin, amelyek elsősorban a csontok, a bor stb. fehérjéi. Az összhiízékony fe h é rjé k legtöbbször a vázfehérjékkel szoros kapcsolatban fejtik ki m űködésüket, amelyek eredm ényeképpen mozgás következik be. Ilyenek például az izm okban az aktin és a miozin. A z enz.ím fehérjék biokatalizátorok, amelyek segítik a biokémiai folyamatok végbemenetelét. Enzim például a pepszin . am ely a fehérjék bontását katalizálja. A tra n s z p o r tfe h é r jé k különböző anyagok szállítását végzik. I lyen például az oxigén szállításáéit felelős hemoglobin és a miofflohin. a zsírban oldódó vitaminokat szállító lipopi-oteidek a véit>en. A tá ro ló teh é rjék különböző anyagokat raktároznak, ilyen például aferritin . amely a vasat tartalékolja. Az im m u n fe h é rjé k a szervezet védekezésében játszanak fontos szerepet. Imm unfehérje a y-glohn- lin. valam int a különböző specifikus (zöm ében ugyancsak globulin) antitestfehéije. A h o rm o n fe h é rjék fontos biológiai hatóanyagok, melyek a .sejtek szabályozási folyam ataiban nélkülözhetetlenek. Ilyen például az inzulin, az o.vyrocin, a növekedésii hormon.

A véralvadás nélkülözhetetlen fehérjéje ú fihrinogén és a tromhin. R ecep to rfehérje a látóbíbor de a membránok jelfogó molekulái is receptorfehérjék. T a rta lé k táp an y ag feh é rje például a gabonaszem ek alenronja. Speciális feh é rjék a különböző baktérium ok által term elt toxinok is.

aszparagínsav (Asp) glutaminsav (Glu) H H

H ,N *-<^C O O “ H ,H * - ^ C 00rIJH,

COO" CH,1COO"

S a v a s

tirozjn(Tyr)H

H ,N *-(^ C O O 'CH,

OH

aszparagin (Asn) glutamín (Gin) treonin (Thr)H H H

H ,N ^ -< ^ C O (r H ^ N ^ -^ C O C H jN ^ -^ C O O " CH, CH, H -C —OH

“ A Poléris,HjN 0 sem leges

HH ,N * - < ^ C 00"

CH,0K

szerin (Ser)

•H H

H ,N *-<^CO O " H ,N *-<^C O O ‘ H - C - C H , CH,

| h, / Í h

Í h, CH,

izdeucin (lle) leucin (Leu)

hisztkün (His) H

H,-NH

> — NH

Bázikus

izin(Lys)H

H,N*-<^COr

CH,ICH,I

*NH,

argínin (Arg)K

H,N*-^CO(r

CH,ICH,INHI * f - N H ,NH,

alanin (Alá) H

vain(\^ H

cisztein (Cys) H

l* -< ^ C O O ' H ,N '-< ^ C O (r H ^ • >gkcin (Gly)

COO" HCH,

Apoláris,sem leges

H

CH, « *

AH,C CH,

HH,H* - f CO(T

CH,ISH

k é n ta rta lm ú

H,NH

* 4 -CH,

SICH,

CO(T

H

H

H,C CH, CH,

prolin (Pro)

COO"

COO'

leucin (Leu) feníl-alanin (Ptie) triptofán (Trp) metionin (Met)

24.1. A 20-féle aminosav

A FEHÉRJÉK 2 5

O Az esszenciális aminosaval(A fehérjékben előforduló am ínosavak <24.1. ábra) közül 8 olyan van. am elyeket az emberi szervezel m ás szerves anyagokból nem tud felépíteni. Ezek az esszenciális (nélkülözhetetlen) am in o sav ak : a fenil-alanhi, az izoteucin, a leucin, a iiziiK a metioniiK a treonhu a tripíofán és a vü/in. Ezéit a fehérjehiány m egelőzésére nem elegendő csupán m egfelelő mennyiségű fehérjét fogyasztani. A növényi fehérjék többsége ugyanis nem teljes iyiológiai értékű, meil nem m indegyike taitalm azza az esszenciális am inosavakat. Az állati fehérjék viszont teljes biológiai értékűek, mert bennük valam ennyi am inosav megtalálható. Ezéit, különösen fiatalkorban könnyen minőségi éhezést okozhat, ha valaki kizórólag növényi táplálékot fogyaszt. Ebben az életszakaszban még növekedik és fejlődik a .szervezet, így elengedhetetlen a teljes biológiai értékű fehérjék fogyasztása, m ert egyébként súlyos hiánybetegségek jönnek létre, sőt visszam aradhat a növekedés és a fejlődés is.

Példák a fehérjék szerkezetének megváltozásáraA fe h é rjé k szerkezetének m egváltozása k icsap ó d ássa l (denaturáció vagy koaguláció) járhat (25.1. ábm). A kicsapódás bekövetkezhet m echanikus hatásra, ez megy végbe például a to jásfehérje felverésekor. Bekövetkezhet nehézfém sók (higany, ólom sth.) hatására is, ezért m érgezőek ezek a vegyületek. Például higanymérgezés vagy réztartalmú permetlé lenyelése esetén azért szükséges a beteggel nyom ban tejel itatni, mert a tej fehéijéi még a bélcséilornában a fémionokhoz kapcsolódnak (kicsapódnak), és ezzel m egakadályozhatjuk a fém felszívódását. H ő hatására fehérjekicsapódás történik a to jásránto tta ké.szítése vagy a kemény tojás főzése során. 25.1. A fchcrjck dcmiturációja

O FEHÉRJÉK KICSAPÓDÁSl REAKCIÓI 4. VIZSGÁLAT

ANYACOK va KSZKÖ/.ÖK: kémcsövek, kémcsőállvány, kémcsőfogó, borszeszégő, vegyszerkanál. üvegbot, tojásfehérje-oldat, réz-szulfát.

vk<;rkiia .p I'/VS: Három kémcsőbe tegyünk két-három ujjnyi fehérjeoldatot. Az elsőt melegítsük borszeszégő lángja felett, a m ásodikba tegyünk néhány réz-szulfát-kristályt, a harm adikat kavargassuk üvegbottal. Figyeljük meg a bekövetkező változásokat.

■i'Ai»AS/;rALA'i” íis MA(íYARÁZA r: A fehérjeokiatok a kémcsövekben kicsapíkltak. A kicsapódás oka az e lső esetben a melegítés, a m ásodik kém cső esetében a nehézfém só jelenléte, a harm adik esetlyen pedig a m echanikai hatás.


O Az aminosavakról általábanAz aniíiiosavak olyan szerves savak, iiinelyek <i karfnixilcso/hirl mellett aniinfx soix/rloi is tailalmuz- nak. A biológiai szempontból fontos aminosavak mind of-aminosavak. azaz közvetlenül a karboxii* csoportot hordozó szénatomhoz kapcsolódik az aminocsopoil is.

Az aminosavakban tehát két ellentétes jellegű csoport található egymás mellett, egy savas karakterű (a karboxilfsoiMírt) és egy bázisos karaktem (az anilii<K*s«port). Ezért az amÍnos<»vak ikerionos jellegűek. A molekulán belül azonban a két jelleg megfordul, mert az aminocsoport protonfelvevő hajlama miatt azonnal átveszi a proton leadásra hajlamos karboxi lesöpört hidrogénionját, így a két csoport ionos fonnábiin lesz jelen mint -NHj-ion, illetve mint -COO -ion. Valójában tehát a karboxi- látcsoport lesz a protonfelvevő - bázikus - és az ammóniumion a protonleadó - savas - csoport. Az ikerionos jelleg miatt az aminosavak vizes oldatukban kellős jelleműek (amfoterek).

amno-csoport

H p H H I

H - Ó - l — 0 ' H -N ^

l i l H |||

H,0

M roüBS

karttoni-csoport

-► H,0

itondMuaoiO

PCPTOKÚTESH o \

N-ttrmmáts'

I

H l l l 0 -

---- ►C-termiMfcs26.1. A pcptidkötés kialakuhlsa és bomlása

A peptidképződésA fehérjékben az aminosavak pepüdkötésst’l (26.1. ábra) kapcsolódnak egymáshoz. A peptidkötésben az egyik aminosav aminocsoportja a másik aminosav kiuboxilcsoportjávai lép reakcióba vízkilépés közben. Az így létrejövő dipeptid egyik aminocsoportja, illetve karboxilcsoportja szabad marad, ezért mindkét irányban további aminosavak kapcsolódhatnak hozzá. A polipeptidek úgy jönnek létre, hogy újabb és újabb aminosavak kapcsolódnak hasonló módon az egyre hosszabb aminosiivlánchoz. A létrejövő molekula egyik végén azonban mindig szabad, peptidkötésben nem lévő karboxilcsoportot, másik végén ugyancsiik szabad, kötésben nem lévő aininocso* portot fog tartalmazni. Az előbbi a C-lerminális, az utóbbi azN-ferminális aminosav. (A terminális latin eredetű szó, végsőt jelent). A peptidkötések egy poliamid „tnolekulagerin- cet” eredményeznek, amelyről oldalláncként ágaznak ki az aminosavak peptidkötésen kívüli részc:i.

O A hösokkfehérjék vagy stresszfehérjékA környezet kedvezőtlen változásaira az élőlények - ha lehetik - aíkalmuzk<xhisi reakcittkkal válaszolnak. Néhány évtized óta tudjuk, hogy ez az alkalmazkodás a sejtek szintjén is zajlik.

Bánnilyen slre.ssz hatására (a hőméi^éklel emelkedése vagy csökkenése, a kémhatás megvállozá.sa, kisz«ír<idás, oxigénhiiiny stb), a sejtek anyagcsere-folyamataik vállozásiival reagálnak. A megváltozott má.sodlagos vagy harmadlagos szerkezetű fehérjék kicsapódás! veszélye megnő. Ezért jelenthet például életveszélyes állapotot a 42 ®C-ot meghaladó láz. Ezzel egyidejűleg bizonyos fehéijék mennyisége megnő a sejtekben. Ezeket nevezték el a kutatók s!rcs.szrchcrjéknck vagy hősokklchérjcknck. A hősokkfehéije elnevezés arra utal, hogy az első stresszhatás, amelyet vi2 sgáltak mesterséges körülmények között, a hőmérséklet emelése volt. A stresszfehérjék biológiai fehtdata az. hogy a környezeti változás (a stressz) hatására meginduló többi fehéije kicsapódásait megakadályozzák, illetve lelassítsák. Tennelődésüket az enyhe stresszhatás indukálja, és mennyiségi gyarapodásuk bizonyos mértékű védelmet nyújt a sejt szám<ira. Más típusaik a riboszómiikról lecsavarodó kész fehéijék végleges térszerkezetének kialakulását segítik, sőt segítik az endoplazmatikus membránon történő átjutá- sukat is. Vannak a fehérjeszintézis során a DNS-hez való hozzáférési segítő típusaik is.

A stresszfehérjék közül egyesek a nikos sejtek életképességét is segíthetik.

A NUKLEINSAVAK ÉS A NUKLEOTIOOK 2 7

5 . A nukleinsavak és a nukleotidok

KÖZÉPSZINTŰ követelm ény:

O M agyaiázza el, hogyan rejlik a DNS szerkezetében az inform ációhordozó, örökítő (önm egkettőző) szerep.

EM EI.T SZINTŰ követelm ény:

© Ism erje fel a nukleotidok és a nukleinsavak általános, cukor-bázis-foszfát egységekből felépülő m olekula vázát.

O Ism ertesse a nukleotidok (NAD'*', NADP'*’, ATP) biológiai jelentőségét.

O Éitelm ezzen kísérleteket a DNS örökítő szerepének bizonyítására (Griffith és Avery, H ershey és Chase kísérlete).

A DNS KETTŐS LÁNC FFJÍPITESF.

A DNS KfelTÓS SPIRAUA

ri>V

N>^CtCi-D^

f ^

O A DNS örökítő szerepeA D N S az örök ítőanyag . Ennek megfelelően m eghatározó szerepe van a feh é rjék , valam int a n u k le in sav ak felépítésében. Csekély kivételtől eltekintve (pl. az emlősök vörösvér- sejtjei) minden .sejtben megtalálhatók. A DNS- molekulákbcin kialakuló cukoifoszfát gerinc- a fehérjék poliam id „m olekulagerincéhez” hasonlóan - teljesen egységes, és a DNS-mo- lekulák csupán a négyféle bázis sonendjében különböznek egym ástól (27.i.Hhra). A bázisok sorrendje kódolja az élőlények életprogram ját. A bázisok ezért szigoiijan megszabott sorrendben következnek egym ás után. A poli- nuk leotidok m entén e lhelyezkedő bázisok m eghatározott csoportjait - azokat, am elyek egy-egy fehérje felépítésére vonatkozó inform áció t hordoznak - nevezzük g én ek n ek .Szám uk egy DNS-láncon belül több ezer is lehet. Feladatuk a sejt működéseire vonatkozó utasítások tárolása. Egyes gének nukleotid- sorrendje a fehérjék felépítésére vonatkozik, míg m ásoknak a sejtszintű folyamatok szabályozásában és a génsorrendek elrendeződésének irányításában van szerepük.

A D N S-m olekula kettős, egym ást k ies^szttőházispárokhó! felépülő szerkezete lehetővé teszi, hogy egyszena módon tökéletes m ásolat keletkezhessen a sejtekben róluk, így a sejt az osztódása során a genetikai inform ációtiulalm át hűen át tudja adni az utódsejtekbe.

O dezo xiiib óz ( D )

r ~ ' ' i íidenin (A )

guiinin (G )

27.1. A DNS térszerkezete

foszfoiNuv (P )

l im in (T )

c ilo z in (C )


puf1nbá2isok

NH}

H Hattenói

HN

pirimídinbdzisok

0

ttimin

CH, 1

turac

01HN I

h n' Nguanin

IINH;

o'^mJt

citozin

28.1. A nukleinsavak bázisiiL

G A nukleinsavak felépítéseA nukleotidvegyületek r»s/t'orsavlM>l. cukorból és heterociklusos gyűrűt tailalinazó szerves bázisokból épülnek fel. A cukor ribóz vagy 2-dc* zoxiribóz. A szerves bázisok két purinházis, az ndcnín és a gUHiiin. és hiüoin pinm 'uUnháziSy a citozin. az iiracil és a tiniin közül kerülnek ki (2X.1. ábra). A nukleinvegyületek „építőlcövei” a nukleozidok. Bennük egy pentózmolekulához egy szerves bázis kapcsolódik. Általábun egy vagy több foszforsavval összekapcsolódva mint nukleotidok fordulnak elő. Azokat a nukleotido- kat, amelyek egyetlen foszfálcsopoilot tiutalmaz- nak. nukleozid-inonofoszfátnak nevezzük, ilyenpéldául azadenozin-monofoszfói (AMP). A difoszfátokban kettő, a trifoszfátokban három foszfát- csoport van. A nukleozid-di- és trifoszfátok elsősoii)iin a sejtek kémiai energia niktiuoziísában játszanak S2:erepet. Különösen nagy jelentőségűek ebből a szempontból az adenozJn-trifoszfútok (ATP).

A ribonukleinsavak működéseA riHoniikleinsHvakat <2X.2. űhrn) biológiai funkciójuknak megfelelően szoktiík csoportosítani. A vírii.s-RNS»fk a víiiisok működésében meghatározó jelentőségűek, a további hiírom csoportba tartozó RNS-ek, a híniv<7 (messenger) niRNS, a szállító (iranszfer) vagy íRNS, v<ilamint a rílfoszomális vagy rHNS a sejtek örökítőfolyiunataiban nagy jelentőségűek. Az egyes csoportokba tartozó RN.S-ekre sajáto.s molekulaméret, bázisösszetétel, háromdimenziós szerkezet a jellemzi.

A riboszomális RNS (rRNS). a sejtekben legnagyobb mennyiségben előforduló ribonukleinsav, a teljes ribonukleinsav-készlet mintegy négyötöde ebből az RN.S-bol áll. Általában lineárisak, egy- sz<ilúak. helyenként kettős felcsiivarodott szakaszokat is tartalmaznak. A fehérjeszintézisben nagy jelentőségűek.

A szállító vagy transzfer RNS (tRNS) (29.1. ábra) mintegy hálván fajtája ismert. Mivel viszonylag kisméretű molekuhíkról van szó, összetételét és szerkezetét ma mái szinte valamennyinek isiywr-

pirimiö»n-__7 \ \ báas V \ )

© ^ ^ 0 0 HjC Y

// \0 -0

28.2. A ribonukleinsav szerkezete

A NUKLEINSAVAK ÉS A NUKLEOTIOOK 2 9

jük. Mindössze 75-90 nukleotidegységbol épülnek fel, ennek megfelelően molekulatömegük is 23 000-30 000 közötti. Felépítésükben sziímot- tevó mennyiségben (mintegy 10%-ban) fordulnak elő úgynevezett ritka nukleotidok. amelyek bázisai általában a nukleinbázisok egyszerű oldalláncú (pl. metil-) szánnazékai, de vannak közöttük kéntartalmúak is. Az összes tRNS közös jellemzője, hogy a polinukleotid-lánc egyik végén mindig giianin a nukleinbázis, míg a másik végükön is azonos a bázisszekvencia, az utolsó három bázis sorrendje ciKfZhi, cilozin majd aJe- nin. Szerkezeti jellegzetességük, hogy soha nem fonálszerűek, hanem a visszahajló sziilak önmagukkal komplementer bázisok találkoz«ísi helyein három hurokszerű fonnát hoznak létre. Biológiai funkciójuk a sejtekben zajló fehérjeszintézis során a folyamathoz szükséges aminosava]< helyszínre szállítása. Ennek megfelelően a sejtekben két alakban fordulhatnak elő, szabadon vagy amino- savhoz kapcsolt állapotban.

A hírvivő RNS biológiai funkciója a kódolt genetikai infonnáció „fehérjeszintézis nyelvre” történő fordítása. A sejtekben nagyon sokfélék lehetnek, de a legkisebb mennyiségben előforduló RNS- típus. Egysziílú polinukleotidok.

A vírus RNS-ck a vímsok egy részének öröktityanyagai. Lehetnek szimpla vagy dupla sziílúak, molekulutömegük 1,1 millió és 15 millió között változhat.

NH2 < ^N

O A NAD-^ és a NADP-^ működéseA és a NADP* között csupán egyetlenfoszforsavban van különbség (29.2. átira). Mindkét nukleotidszármazék hidrogénszóUtlásl végez az anyagcsere-folyamatokban kél elektran és egy profon formájában, a másik proton az oldatban marad.

A revei^ibilis hidrogénszállítást a molekulák szerkezete teszi lehetővé. A molekula nikoiinsav részletében lévő nitrogén ugyanis négy vegyér- tékű, ezéil egy pozitív töltése van. Emiatt elekt- ronfelvételre hajhunos, és ha lehetősége nyílik rá, fel is vesz egy elektront, amellyel a pozitív töl- tésfeleslegét megszünteti. Ekkor azonban a nikotinsav aromás szerkezete összeomlik, hiszen ezzel a nitrogénmolekulának nem egy vegyértékelektronja van az aromás gyűiiíben. hanem egy nemkötő elektronpárja. Az aromás rendszerkinoidálissá alakul, amelynek következtében a nitrogénnel p<u'a helyzetben lévő szénatomnak egy szabad vegyértékkötése lesz. A szénatom egy újabb elektron, valamint egy proton (azaz egy hidrogénatom) felvételével stabilizálja magát. A folyamat reverzibilis, ha a NADH-tól vagy NADPH-tól


egy redoxrend^zer át tudju venni u nitrogén elektronját, visszarendeződül az aromás szerkezet, és a szénatom a protont és elektront is leadja a környezetének.

ATP Aadeoin

NH,

*0-foszfálcsoportok

l

I C - «

I0* I0-_ L ö-9Hi /O

' r <H ' —

H : :

OH OH nboz

• adenozin-

— AMP (adcnozirM noooios^fál) •

< @ ) (adeno2in -d l(o $ :la i)-----------

(a<Jei>oöi>-rt«zf3Q--------3 t U/mol

icondevíóí 31 U /m o l

3 6 U/mol________ hMlAS^

ionOtviöö3 6 U /fflO l

@> + ® (HjPOj

AMP + PP

Az ATP biológiai jelentőségeA nukleozid-di- és trifoszfátok elsősorban a sejtek kémiai energia raktározásában játszanak szerepet. Különösen nagy jelentőségűek ebből a szempontból az adcno/íii*rc)s/f'át()k. <30.1. ábni)

Minden élőlény közvetlenül kémiai energiái használ fel életműködéseinek fenntartásához.A szeivezetek a vegyületekben rejlő kémiiii energiához azok lebontása, kisebb energiatartalmú vegyUletekké való átalakítása során jutnak. A felszabaduló kémiai energia egy (fel nem használható) része szükségszerűen hővé alakul, a felhasználható része pedig nagy energiatartalmú kémiai kötéseket taitalmazó vegyületek, „energiakonzervek” létrejöttére fordítódik. Az ATP (és a vele analóg szerkezetű egyéb nukleozid-di- és trifoszfátok) molekulájában a ribóz és a fősz- forsav közötti észterkötés stabiK azonban a további savanhidridkötések már „mozgékonyak”, ezért kialakulásuk és hidrolízisük nagy energia- vált02UÍssal jár. A sejtekben lezajló energiatermelő folyamatok ugyanis elsősorban ATP-t szintetiz<iLnak ADP-molekulákból és foszforsavból,vagyis a felszabaduló kémiai energiát nagy energiatailalmú kötések formájában raktározzák.

AMP + H^PO^ = ADP + H ,0 ADP + H^PO^ = ATP + n p

A folyamat megfordítható, az energiaigényes folyamatokban viszont a rendelkezésre álló ATP- vagy ADP-molekulákat hidrolízissel elbontják, és a felsz;tbaduló kémiai energiát felhasználjiík az életműködéseikhez. Egy moI ATP-nek ADP-vé történő hidrolízise során 30 kJ. AMP-tá való hidrolízisekor 36 kJ energia szabadul fel.

O Grifflth és Avery, valam int Hershey és Chase kísérlete1928-ban Fred Griffith [fred griftsz] amerikai bakteriológus a tüdőgyulladást okozó Dipi<H<K'cus pneunumiíie baktériumot vizsgálta. Ennek a baktériumnak két változata volt ismeil, egy szénhidrátból álló tokanyagot termelő betegséget okozó változat, ezt sima felszínű telepeikről S-variámmik nevezték, és egy tokanyagot nem teniielő, betegséget nem okozó, ráncos felszínű telepeket képező R-variáns. A tokképzés örökletes tulajdonság, a tokos baktériumok utódai is mindig tokanyagot termelők voltak, a tokot nem képezőknek pedig utódaik sem voltak képesek a tokképzésre. (31.1. ábra)

Gi iffith kísérletei során az volt a meglepő tapasztalat, hogy hővel elölt kórokozó baktériumok élő. nem kómkozó baktériumokkal együtt a kísérleti állatokba oltva a betegség fellépését eredii»ényezték. Az elhullott állatokban kimutatható volt az élő tokos, betegséget okozó baktériumok jelenléte is. Ha azonban a kísérletet úgy hajtották végre, hogy csupán a hővel elölt tokos b<iktériumokkal oltották be az állatokat, a betegség nem jelentkezett. Később steril táptalajra oltották a megölt tokos és az élő

30.1. Az ATP molekulája

A NUKLEINSAVAK ÉS A NUKLEOTiOOK 3 1

tok nélküli baktériumokat. Hamarosan kimutatták az élő tokos baktériumsejtek Jelenlétét. Ezek a bakténuinok a toktennelőés a kórokozó tulajdonságaikat tovább örökítették. A kísérlet során tehát az elölt kórokozó bitktéríumok még működőképes örökítőanyaga az ártalmatlan baktériumokkal kapcsolatba kerülve megváltoztatta utódaik tulajdonságait. Ezért nevezték ezt a folyamatot átalakításnak, traiis/foniiácíónak.

Jóval később sikeiült csak OswaUl The^nlor Avery (oszvald sziodór cveri] és kutatócsoportja révén azonosítani a „transzformáló anyagot”. Az .S-variánsokat a fertőzés előtt lipid oldószerekkel, szénhidrátbontó enzimekkel, fehérjebontó enzimekkel és ribonukleinsav bontó enzimekkel is kezelték. Ennek ellenére azonban a törzs transzforrnálóképessége megmaradt. Amikor azonban DNS-t bontó enzimeket adtak a baktériumtörzshöz, a transzformáció elmaradt.

A DNS átöröklésben Játszott szerepét egy másik kísérlettel az 50-es évek elején újni bizonyították. Baktériumpusztító vírusok fertőző hatásmechanizmusát vizsgálták. A kólifwkíéríum úgynevezett T-fágjái választották, iuncly úgy fertőz, hogy a biiktcrium faliUioz lapud, egy része behatol a baktérium sejtjébe, egy része azonban - a fág külső burka - kívül mitrad. Rövid időn belül a baktérium elpusztul, mert belsejében 50-100 fertőzőképes új fág alakul ki.

A kísérlet során a baktériumok egyik csoportját radioaktív foszfort, a másik csoportját pedig radioaktív ként tartalmazó táptalajon tenyésztették. Ezután fertőzték meg a baktériumok két, elkülönített csoportját a fágokkal. A fágok felhasználták a baktérium anyagait, így az egyik csoportban radioaktív foszfoiral. a másik csoportban pedig radioaktív kénnel Jelölt fágok jöttek létre. Mivel a fehérjékben - egyes foszfoproteidektől eltekintve, amelyet a fágok nem tartalmaznak - nincs foszfor, a nukleinsavakban pedig nincs kén. radioaktív foszforral cs<tk a DNS (a kóH-T-fág csak DNS-nuk- leinsavat tartalmaz), a radioaktív kénnel pedig csak a fehérje Jelölődött meg. Az így jelölt fágokkal megfertőzték a biiktériumtenyészetet. majd a fágokat leválasztottiík a baktérium felszínéről, és méretkülönbségük alapján szétválasztottiík őket. Az elkülönített baktériumokat megvi2usgálva azt tapasztalták, hogy csak foszforizotópot tartalmaztak, kcnizotópot nem. A fehcrjcbuiok tehát kívül maradt, csak a DNS Jutott a baktérium belsejébe, és ez elegendő infonnációt szolgáltatott a fágok megsokszorozódásához, amelyek tennészetesen fehéijeburokkal is rendelkeztek. A szétesett baktériumokból kiszabadult fágok csak Jelölt foszforatomokat tartalmaztak, fehérjeburkukban Jelölt kén nem volt.

éiöS-váRozat éW R-változat

V

f = ^ f = ®2;

az egéraz e^ér elpusztul egészséges

elő S -va rím o k nem található tslélhaJok 3 testben baktérim

a testben

az egér egészséges az egér elpusztul

l.kisérle! 2. kiséftet

”P*t tartaimazd DNS ”S*t tartaimazö fágfehérje

" í: bakléfium " ^bakieriotíg / baWeriotdg f \

i i

baktéfíum

nem taSéíható elő S-vatians<^ baktérium találhatok a testben ateslt)en

. .(eiuiúszo so/f "S-izoftíp .

V .'sok P-i20(óp azűte^^en felúiúszú

31.1. Az örökítőanyag letét bizonyító kísérletek vázUitos rajza


6 . Az enzimek


O T udja az aktiválási energia és a katalizátor fogalmát.

© Ismertesse az enzimek előfordulását (minden sejtben megtalálhatók), az enzimműködés lényegét, optimális feltételeit, utóbbit hozza összefüggésbe szervezete jellem ző értékeivel (testhőm érséklet. pH. ozm otikus viszonyok).

© Ism erjen enzim hibán alapuló öröklődő emberi betegséget (pl. tejcukor-éi'zékenység), ism erje m egnyilvánulásuk m egelozhetőségét.

KMKLT S/IN TÜ követelm ény:

O Hozza összefüggésbe az ATP-bontó enzimeket az energiaigényes folyamatokkal (miozin, Na'’’-K ''’-pumpa), illetve az ATP-szintézis egyenlőtlen ioneloszlásával (mitokondiium).

© M agyaiázzon el egy olyan kísérletet, amely az enzim működéséhez szükséges optimális kém hatást és hőm érsékletet m utatja be.

O A katalizátorok és az enzimekA k a ta liz á to ro k olyan kémiai anyagok, amelyek a reakciók sebességéi m eggyorsítják, anélkül. hogy a folyamatban m aradandóan megváltoznának. Az enzim ek a biológiai folyamatok katalizátorai. V alam ennyi enzim feh érje .

Az aktiválási energiaA katalizátorok a reakciósebességet a folyamat aktiválási energiaijának csökkentésével érik el (íz.i.ábrH).

kaializátornélkúl

kaUlitítOrrBl-lermékek

W($)

Ha egy kémiai reakció eredményeképpen energiában szegényebb vegyiiletek keletkeznek, uzitz a folyamat energiafelszaba- duláss<tl jár, akkor önként végbemehet. Például a szőlőcukor oxidációja szén-dioxiddá és vízzé energiafclszabadulással jiír. szobahőmersekleten a szőlőcukor megsein változik. Ha azonbiin meggyújtjuk - egy kis energiát közlünk vele - , a folyamai lezajlik, inlközben a befektetett energiánál sokkal nagyobb mennyiségű energia .szabadul fel. A helyzet egy domb tetején lévő gödörbe helyezett vasgolyóra emlékeztet. A golyó .^szíve- sen” legurulna a domb oldalán, «izaz meglévő helyzeti energii^át mozgási energia fonnájában „szívesen” leadná. Legurulni azonban nem tud, meit a gödör pereme megakadályozzií az egyébként magától lezajló folyamatot. Ha azonban egy kis energiát közlünk a golyóval (felemeljük a gödör pereméig, azaz a helyzeti energiáját külső energiabefektetéssel egy kicsit növeljük), akkor le fog gurulni, és ezáltal alacsonyabb energiiuíllapotú helyzetbe keiül. A gödör peremén való átemelés az aktiválás, a befektetett energia az aktiválási energia. A kémiai folyamatokban <iz aktiválási energia a hőmérséklet emelésével (meggyújtom a szőlőcukrot) könnyen biztosítható. Az élő sejtekben azonban nem emelhető a hőmérséklet, a kataliziítorok úgy hatnak, hogy egy kisebb energiagáttal bíró, másik reakcióutat nyitnak meg.

32.1. Az aktiválási energia enzimmel és anélkül

AZ ENZIMEK 3 3

O Az enzimműködés feltételeiMivel az en z im e k fehérjék áhra), érzékeny vegyüle- tek . c sak m egfelelő körülm ények között m űködnek.Emiatt a legtöbb enzim csak adoftpH -tartom ányon helül fejti ki hatását (33.2. úi>ra). Ez a sajátosság az enzim m olekulán lévő ak tív cen tru m disszociációs sajátosságaival van összefüggésben. A pepszin például csak erősen savas közegben képes a polipeptidek hasítására, a nyálamiláz pedig csak enyhén lúgos pH -értéken hatékony.Befolyásolja az enzim ek aktivitását a köz^fi ionösszeté- fele is, m eil az ionok m egváltoztatják az enzimfehérje és a víz kölcsönhatását. Az ionok koncentrációja sem közöm bös, ez az enzim ek töltésviszonyaira van befolyással. Fontos szerepe van az enzim aktivitás m eghatározásában a hőmérsékletnek is. A hőmérséklet emelkedé.se bizonyos határig fokozza a reakció- sebességet. Az optimum felett azonban a hőmérséklet további em elkedése m ár káros, m eit ha a fehérje denaturálódik, az enzim aktivitása megszűnik. (33.3.Hi>ra)

Sok enzim aktivitásához elengedhetetlenül szükségesek bizonyos ionok. Ezek az aktiváto- rok. A z om ilázoknak például Cl"-ion az aktivátora.

33.1. Az alkohol-dchidrogcnúz enzim sziímítógépes inolekuliiinodellje

0 Enzímhibán alapuló öröklődő emberi betegségekIsm éit enzim hibán alapuló veleszületett örökletes megbetegedés például a „ t^ jcukorm érge- zés” , valamint a súlyos szellemi fogyatékosságot okozó fen ílke tonuría nevű anyagcserezavai’. A tejcukorm érgezésben szenvedő csecsem ő nem tudja feldolgozni az anyatej vagy a tehéntej tejcukoiiailalm át, m eit hiányzik szervezetéből egy lebontó enzim. Ezeket a csecsem őket csak fejmentes diéta mentheti meg. A fenilketonunás betegek nem képesek a fenil-alanin aminosav normális anyagcseréjére. M érgező anyagcseretermékek halmozódnak fel a vérükben, amelyek következménye súlyos agyi károsodás lehet. Csak fenil-alanin-hiányos táplálkozással lehet védekezni az enzim hiány hatása ellen.

pH

33.2. Az enziinhiitils pH-fliggése 33.3. Az enzimhatás hőméi>iékletfüggé.se


jMnszál (veKony tótul) (tvponoB'iv. I (koponrt

O Energiaigényes folyamatok a sejtel(benA sejtek az éleíműködéseikhez enerf>iál luiszjuílmtk fel. MIncI a különböző energiaigényes folyamatok közvetlen energia- fonása többnyire ATP. ezért iiz energiaigényes lépések szoros kapcsolatban állnak az ATP*bontó enzimek működésével.Éne példa az izomműködés. A míozhmak ugyanis ATP-bon- tó enzimhatása is van. Az enzimhatás csi»k Ca '*’ és Mg”* je» lenlélcben éi'vényesül. Az ATP magnéziumion segítségével kötődik a miozinhoz, de csak kalciumionok jelenlétében alakul át ADP-vé. Az oklinszólon egymást követően találhatók a iniozin kapcsolódására alkalmas pontok. Nyugalmi állapotban a két fehérje nem ki»pcso!ódik egymáshoz ábm).A miozinhoz ilyenkor ATP-molekuliik kötődnek. Működéskor a kalciumionok hatására a miozin enzimhatása felsz«ibadul a gátlás alól. és elbontja az ATP-molekulát. Ennek következté-ben kapcsolódni képes a szomszédos aktinsz<tlakhoz. Ujabb ATP-molekula hiitására a kötések elválnak az aktintói. a miozin megköti az ATP-t, ezt is elbontja, majd újból kapcsolódik az aktinnal. és ez folytatódik tovább. Az izom-összehúzódás éppen annak a következménye, hogy az ismétlődő ATP- bontás-kapcsolódiís során a miozinmolekula ugyanazon kötési helye mindig egy újabb, a következő aktinkötési hellyel lép kapcsolatba, így a két molekula mintegy összecsúszik. Tcnnészetesen az összehúzódás és az elernyedés <iz izomrost minden működési egységében egyszerre játszódik le.

Az idegsejtekre jellemző Na*- K^-pumpa akiív iranxz/utrloí mefivaiósüó fehérjéig egyben ATP- bontó enzimek is. így tudja a sejt az ionok sz<Íllítás<ihoz szükséges energiát folyamatosan biztosítani.

34.1. Az izomműködés cncrgiafclha*iz- nálása

AZ ATR-szintézis és az egyenlőtlen ioneloszlás kapcsolataAz ATF-tcrnielcs magyanízatát Peler Milchell [píter micsell] íidta meg kcmío/niolíkus clniéítiévcl. Az elmélet „ozmotikus” azért, mert a membránok állal egymástól elkülönített terekben létrejövő hld- rogénion-koncentráció különbségén alapszik, és „kémiai”, mert a felszabaduló energia ATP-szinté- zisre foidítódik. A folyamat egyrészt a lebontó folyamalok során a mtiokondríumokhan, másrészt pedig a felépítő folyiunatok során a színlesJekhen megy végbe. Az elmélet szerint a fotoszintézis során a gránummembrán két oldalán protonkoncentráció-különbség van. Adott koncentáció felett azonban hirtelen ioncsatornák nyílnak meg a membiánban, és a protonok passzív módon kiáriunlanak a sztró* mába. A koncentrációkülönbség (elektrokémiai potenciálkülönbség) kiegyenlítődésének munkavégző képessége (energiatartalma) ATP-szintetáz enzim segítségével ATP-molekulák képzésében hasznosul. Hasonló folyamat megy végbe a tenninális oxÍd«íció során is. A keletkező ATP-molekulák egy része a mitokondriumok belső membránján keresztül kiáramló protonok ozmotikus koncentrációkülönbségének megszűnésekor, a protonok visszaáramlá.sakor keletkezik.

O Egy fiktív kísérlet az enzimek optim ális pH-, illetve hőmérsékletígényeinek igazolásáraNégy kémcsőbe bemérünk 4 cm^ lunilázoldatot és 2 cm^ keményítőoldatot. Ezt követően az első kémcsövet jégbe helyezzük, a másodikat 20 *C-on, a hannadikat 40 ®C*on, a negyediket pedig 100 ®C-on tutijuk tíz percen keresztül. Az idő elteltével Lugol-próbával ellenőrizzük az enzim aktivitásiit. A nyál- amihtz csak a második és hannadik kémcsőben lesz aktív, mert ez a két hőmérséklet van legközelebb a 37 ®C-hoz. Hasonló módon megvizsgálhatjuk a pepszin fehérjebontó aktivitá.sát különböző pH-ér- tékeken is. Ebben az esetben <tz optimális hatás mintegy 1-2 pH közötti értéken lesz.

3 6 AZ ANYAGCSERE

7 . Az anyagcsere

KÖZKI^SZINTfí követelm ény:

O H asonlítsa és kapcsolja össze az élőlények felépítő és lebontó folyam atait.

© H asonlítsa össze az élőlényeket energiaforrásuk (fototrófok, kem otrófok) és szénforrásuk szempontjából (autotrófok és heterotrófok). Ismertesse a folyamatok lényegét (reduktív, energiafelhasználó) és helyét. Tudja, hogy minden átépítés energiaveszteséggel jár.

O M agyarázza el az endocitózis és az exocitózis folyamatát.

KMKLT SZINTŰ követelm ény:

O Ism ertesse az autotróf és heterotrof élőlények nitrogénforrásait.

O A sejtanyagcsere lényegeA sejtek m űködésük során anyagokat és e n e rg iá t h a sz n á ln ak fel. A felhasznált anyag és az energia a környezetből szárm azik , ugyanakkor oda is a d já k le a sejtek az anyagátalakítás során keletkezett felesleges.sé váló term ékeiket. A sejtek a környezetükkel állandó anyag- és energiakicserélési kapcsolatban állnak, ezért ny ílt anyagi ren d szerek .

A sejtekben lejátszódó különféle biokém iai reakciók összességét se jtan y a g cse rén ek nevezzük, melynek alapfolyamatai az egész élővilágban azonosak. Ezek lehetnek anyagfelépítő

kismolekula

energiatartalomenergia-

befektetés

nagymolekula

energiatartalom

TÁPANYAGOKÉPÍTŐEGYSÉGEI

kémiai energia |-c s z é n h id r á t o k J• [ Z S ÍR S Z ^ A H YAGOK ]

• C FEHÉRJÉK. NUKLEINSAVAK )

a sejtanyagainakfelépítése

energia-feiszabadulás

kismolekula

energiatartalom

szénhidrátok, EGYÉ8SZERVES VEGYŰLETEK

épit(!ie|ységek

koztestermékek

- szőlöcukor

köztestermékekkémiai energia (és hőenefQia) + oxigén energia

v íz + szén>díoxí(l (egyéb bomlástermékek)

- oxigén

tejsav vagy etü-aDcohol

c BIOLÓGIAI OXÍDÁCÍÓ ) ( ERJEDÉS J

36.1. A hctcrotjóf élőlények sejtiinyitgcseréjénck vázlata

AZ ANYAGCSERE 3 7

és anyag lebnn tó folyamatok. Az anyagcsere során a sejtek kémiai anyagokhoz és energiához jutnak, és ennek révén képesek átadni a felépítésükre és működésükre vonatkozó inform ációkat is. ( 36. 1. ú bn i)

A sejtek lebontó és felépítő folyamatainak áttekintéseA szerves vcí»>ülek*k energiában mindig gazdagabbak, mint a kismolekuUyú. sy.crvctlen vt*í»> ük‘tck. H íj egy szőlőcukor pasztillát meggyújtunk, az szén-dioxiddá és vízzé cg el, mikö2iben fényt látunk és érezzük a láng melegét. Az égés során a vegyületben lévő kémiai energia fény- és hőenergia formiíjában sziíbiidult fel, és közben energiában szegényebb szervetlen vegyületek keletkeztek. A kémiui folyamat oxidáció, hiszen a szőlőcukorban lévő szénatomok oxidációfoka + 1 -ről -l-4-re változott. A szőlőcukor elégetésekor nemcsuk a molekula szénatomja, hanem a hidrogén atomjai is eloxidálódtak, hiszen víz leit belőlük. Könnyű belátni ezen a példán keresztül is. hogy a sejtek lebontó folyamatai oxidációk, és ezek eredményeképpen keletkeznek az energiaszegény egyszembb vegyületek. Mindebből az is következik, hogy a szerves molekulák felépítése szervetlen vegyületekből szükségszerűen energiaigényes folyamat, azaz redukció.

Vizsgálhatjuk a folyam atokat az energ iaszükség le t oldaláról is. A z energia munkavégző képességet Jelent. A sejtek fennm aradásukhoz energiát igényelnek, mivel m űködésük kémiai munkavégzés révén valósul meg. A tápanyagok felvétele, a fehérjék vagy a nukleinvegyületek felépítése stb. csak energiafelhasználással mehet végbe. Egyes sejtek speciális m űködései is csak enerîafelhasztuilás révén valósulhatnak meg, ilyen például a váladéktemielés. a mozgás, az ingemletvezetés, egyes anyagok felvétele. A sejteknek tehát energiára van szükségük, és ezt az energiát nagym olekulájú szerves anyagok eloxidálásából nyerik. Ez valósul m eg a lebon-

Lebontó folyamatok:

1. Hidrolízis (emésztés)2. GLÚKOLiZlS3. ôxidácb4. /}-ox)ddciö. az amínosavaKfOl

a N-tartalmú rész leválíK5. CITROMSAVCIKLUS6. TefiMINÁLIS OXIDÁCIÓ

Felépítő folyam atok:

7. FOTOSZINTÉZIS és a KEMOSZINTÉZIS energíêrése

8. REDUKCIÓS CIKLUS9. Zsirsavszintézís

10. Gtíikózképzés (GLÜKONEOGENEZIS)

11.Amioosav-$zirtézis12. UPIDS2«TÉZIS (kondenzáció)13. POUSZACHARtD-SZINTÉaS

kondenzáció)14. FEHÉRJESZINTÉZIS (kondenzáció)

K apcsolat a folyamatok között

37.1. A felépítő és a lebontó folyamatok kapcsolata

3 8 AZ ANYAGCSERE

tó folyam atok során. A lebontható szei'ves anyagokat kismolekiilájü szeivetlen anyagokból vagy kisebb szei’ves molekulákból a telepítő anyagcsere-folyam atok során építik fel a sejtek.

A sejtek azonban nem tudják közvetlenül hasznosítani a tápanyagok gyoiN oxidációjából felszabaduló energiát. inei1 a felszabaduló hő tönkretenné a sejtet. Az élőlényekben ezért alakultak ki az evolúció során olyan anyagcsere-folyamatok, amelyek nem gyors oxidációi valósítanak meg, hanem lépésről lépésre haladva, számos köztes molekulán keresztül jutnak el az energiában gazdag vegyülettől a szén-dioxidig és a vízig. Az apró lépéseket kíséro kisebb energiaváltozások már kezelhetők a sejt sz<ímára. A felszabaduló energiamennyiségeket a sejtek nagy energiataitalmú kémiai kötések kialakítására képesek felhasználni. és rajtuk keresztül már hasznosítani tudják a változás energiáját. A biológiai oxidáció tehát az egyszerű égéssel ellentétben, lépésről lépésre halad, miközben számos egyre kisebb energiatartalmú vegyület keletkezik. A reakciólánc egyes lépéseiben felszabaduló energia pedig az ATP nagy energiatailalmú kötéseiben rögzül. Az ATP az élő sejtek legfőbb energiahordozója. (.^T.I.áhni)

O Foto(auto)tróf és kemo(auto)tróf szervezetekAzokat az élőlényeket, amelyek képesek a külső energiaforrás hasznosítására, azaz a szervetlen m olekulák energiában gazdag szerves vegyületekké alakítására, a u to tró f szervezeteknek nevezzük. A felhasznált energia alapján lehetnek fo toau to tró lok , ha fényenergiát használnak a szerv-es molekulák szintéziséhez, ilyen valamennyi zöld növény és a baktériumok egy része. Lehetnek kem oau to tró tbk . ha a felhasznált energia szervetlen anyag oxidációjából nyeit energiából száimazik. Ezek mind baktériumok. (A fotoautotróf élőlényeket régebben fotoszintetizáló szervezeteknek, a kem oautotrófokat pedig kem osziontetizáló szervezeteknek nevezték.) Azokat a szervezeteket, am elyek nem képesek külső energia felhasználására, hanem energia- fonásuk az autotróf szeiTezetek által termelt szerves vegyületekbe épített kémiai energia, hete- ro tró fo k n ak nevezzük. Heteroiróf sok baktérium, az összes gomba, állat és az ember. íMía. áhra)

Az au to tió f élőlények szénfonása a szén legnagyobb oxidációfokú vegyülete. a szén- dioxkl (C O j). A heterotróf élőlények ezzel szemben egyszerűbb, alacsonyabb oxidációs álla-

F e lé p ítő fo ly a m a to k

F o ly a m a t

kisebb molekulákbóli

kiindulhat

nagyobb molekulák

Típusa

I .C O j.H jO . N H g.H jSstb.2 . acetircsoport. etanol, tejsav,

glícerínaldehid. píroszőlösav stb.

fényből

Autóiról anyagtelépítés 1.

Heterotrófanyag-

fe lé p lté s2 .

monoszacharid. aminosav. glicerin, zsírsav, szerves

bázisok stb.

e l o S w i

fotoszintézis kemoszintézis anyaglebontás

>oS£VEocoE

"aco

e

■3o3O

L e b o n tó fo ly a m a to k

nagyobból -> kisebb molekulák4-

keletkezhet A) CO5 + HjO stb.

B/1) tejsav B/2) etanol + COj

aerob körülmények

teljes oxkJáció (CO2 + HjO)

pobszacharkiok. le é r jé k . Biológiai oxidáció lipidek. nukleinsavak A)

anaerobkörülmények

részleges lebontás (szerves anyag -

marad é s C-H kötés)

Erjedés (lermentáció) B/1) tejsavas B/2) alkoholos

38.1. Az anyagcsere-folyiunatok összefoglalása

AZ ANYAGCSERE 3 9

kis\

molekula

energiatartatom

enefgla*befektetés

nagy /\

molekula

C v íz - f SZEN-DIOXID

tényenergía

[ CUKOR + OXIGÉN

zöld színanyag

energiatartalom

LEBONTÓ ANYAGCSERE

kémiai energia

SZÉNHIDRÁTOK

LIPIDEK

FEHERJEK

fotoszintézis

a sejt anyagainak felépítése

39.1. A növények építő scjtanyagcsciéjénck viízlütu

pótban lévő (szei*ves vegyületben kötött) szenet használnak szénforrásul. Az autotrófok a széndioxidot először energia felhasználásával redukálják, szerves vegyületekbe építik, am ely saját maguk számára, valamint a heterotróf élőlények számára is energiaforrásul szolgál. Az energiafelvétel mellett szükséges azonban olyan anyag is, am ely a folyam athoz elektronokat és protonokat - azaz h idrogénatom okat - szolgáltat (39.2. áb ra ). A fo toau to tró f (39.1. áb ra )

^ZQVWQ7.Q\Qk fotoUtotrófok, ha a hidrogént szolgáltató vegyület maga is szervetlen (például víz- H ,0 — vagy kén-hidrogén - H^S - stb.). Fotoorganotrófok akkor, ha valamilyen szei’ves ve- gyületrol (tejsav, borostyánkősav stb.) beszé-

NAOP’ ( ffffTIlit N A D P 'C a

N H j -ammöna

NO2nitm----% ním — %

AOP*© Ö J ADP^© 0 9

39.2. A nitrifikiíló biiktcriutnok hidrogénnycrcsc

cnzimek/ATP

lünk. A kem o sz in te tizá ló k is lehetnek ke- m olitotrófok és kem oorganotrófok egyaiánt.A heterotróf szervezetek azonban valameny- nyien kemooiganotrófok, meit nemcsak a szén- fonásuk szerves, hanem a hidrogént szolgáltató vegyületek is.

O Az exocitózis és az endocitózisAz anyagfelvétel során egyes sejtek, különböző szerves anyagm aradványok, tö rm elékek, folyadékcseppek stb. felvételére is képesek. A folyam at a bekebelezés, más néven endocitózis, m elynek során a felvett anyag a sejthártya egy darabjába „csom agoltan” kerül a citoplazm a belsejébe. Az endocitóz is két form ája ismert, a fagocitózis és a plno- citózis. A fagocitózis során a bekebelezett anyag szilárd halm azállapotú, m ikrom éteres nagyságrendű sejt vagy sejttörm elék. A pi- nocitózis m indig folyadékcsepp, oldat vagy 39.3. Exo -é s endocitózis vázlatos rajzii

fHfiU►NŐJratribon

• 1.Exocrrózis

cnzimek/ATP

4 0 AZ ANYAGCSERE

kolloid oldat felvételét jelenti. Szám os egysejtű táplálkozási módja fagocitózis, de fagocitál- nak az im m unfolyam atokban fontos szerepet játszó sejtek egyes csoportjai is. mint például a neuti ofil granulociták vagy a monociták.

Az exocitózis az endocitózissal ellentétes irányú folyamat. Váladékkal telt vagy em észthetetlen m aradványokat tartalm azó sejtüregek vándorolnak a sejtm em bránhoz, majd m em bránfaluk a sejthártyával összeolvad, miközben tartalmukat a sejten kívüli térbe adják le. (39j.ábra)

O Az autotróf és heterotróf szervezetek nitrogénforrásaiA nitrogcníartalinii szci'ves vcgyületek közül itlapvetőek a fehérjék. A fehérjék iuninosaviikból kapcsolódnak össze. A szen'czetek egy része valainennyi aminosav felépítésére képes, vannak azonban olyanok is, amelyek bizonyos aminosavak felépítését nem tudják elvégezni. Ezeket <a anihiosavakal készen kell felvenniük, ezek szitmukra nélkülözhetetlenek (esszenciálisak). Az aminosavakba a nitrogén ammónia fonn<yában épül be. (40.1. áhm)

A különböző aminosavitk felépítéséhez a keiiUHiuloiróf és foUnmloiróf prokariotíik. valamint a növények niirállMtl nitriieii kérésziül - tehát szervetlen nitrogénfonnákból is - képesek az ainmónium- ion képzésére. A redukció, részben például a nilrijikáló iHtktéríumak esetében. <12 anaerob légzés során történik redukált tápanyagokból szánnazó NADH felhasználásával, részben pedig fotoszintézis során keletkezett NADPH felhasználásával, mint például a zöld növényeknél. A folyamat energiaigényes, ha a f c l h i L s z n á l t ATP is anaerob légzés vagy fotoszintézis során keletkezeti. A növények és egyes mikroorganizmusok közvetlenül is képesek a talajból az aininóniumion felvételére. Vannak olyan szervezetek is, amelyek a légköri nitrogént képesek ammóniává redukálni, ugyanc.sak NADPH felhaszn«'üás<tval. Ilyenek a Rhiwhiiini (40.2.áhnt).Áz/>l(>hncler, egyes Chslridium Iwklériumok, valamint néhány kékbaktérium faj is.

A heleroirófszeivezetek csak kész szen'es vegyülelekh(7l (aminosavakból) képesek a s<iját fehéijeik felépítéséhez szükséges aminosavak szintéziséhez aminocsoportokhoz jutni, vagy a felvett aminosavakat építik be. A felvett vagy tennelt NHj-niik aminosavakba építésére viszont minden sejt képes. Általában a citrátkörbol szánnazó ()(-ketoglutársav az ammóniafelvevo. Az ammóniát szén-dioxid is megkötheti ATP-energia felhasználá.sa mellett, ez az arginin keletkezésének útja, amely elsősorban mikroorganizmusokra és növényekre jellemző ammóniabeépítő mód. A keletkezett aminosavakról azután transzaminálással bánnelyik megfelelő ketosavra átkerülhet az aminocsoport.

áeniír^íáiabakiérSim

vUlámlis

a nítrot^ raegkiMéte

Nimhúeur^Bstrííikális

t f U r o s o c o c c u s

40.1. A nitrogén körforgH.sii 40.2. Rhizobiumfiijt t^ululmuzó gyökérgümő kepe

A FELÉPÍTŐ FOLYAMATOK 4 1

8 . A felépítő folyamatok


O M agyarázza el a növények és a fotoszintézis alapvető szükségességét a földi életben.

© Éitelm ezze a fotoszintézis fény- é s sötétszakaszának fo történéseit: a víz fényenergia segítségével bom lik, m olekuláris oxigén keletkezik, a H szállítóm olekulára kerül. A T P keletkezik (fényszakasz); a szén-dioxid redukálódik a H és az A TP segítségével, glükóz, majd más vegyületek keletkeznek (sötétszakasz).

o A fotoszintézis alapvető szükségessége a földi életbenFotoszin tézisen azoknak a folyamatoknak az összességét éiljük. am elyek révén egyes baktérium ok és a zöld növények a fényenergiát a szén-dioxidnak szerves vegyületekké történő redukciójához használják fel. A z összes röhhi éietfolyam at energiaszükségíetét az ily módon keletkezett sze iyes vegyiiletekbeu konzé^nuilf napenerfiia biztosítja.

M int már az anyagcsere-folyam atok áttekintésénél hangsúlyoztuk, az anyagfelépítő folyam atok energiaigényesek. Kiindulási anyagai kis energiatartalm ú, egyszerű m olekulák, am elyek energiafelhasználással kapcsolódnak össze, alakulnak át. egyre összetettebb, energiában m ind gazdagabb szerves vegyületekké. Közülük alapvető a szólócukor felépíté.se a fotoszintézis során szén-dioxidból és vízből, a N ap sugái'zó energiájának segítségével. A szén és a hidrogén ugyanis kizárólag a fotoszintézis révén képes lyekeriilni az é!ó szervez.etekhe. A töhhi élőlény csakis a növények elfogyasztása r<évén tud ezekhez a kém iai elem ekhez hozzájutni.

O A fotoszintézis fény- és sötétszakaszának fő történéseiA fotoszintézis a fényenergia elnyelésével, a fényszakasszal kezdődik. A növények színanyagai, a klorofill, a kiuotinok és a xantofill-m olekulák kémiai szerkezetük révén könnyen ger- jeszthetók, azaz a N ap sugái’zó energiétjának felvételével az elektronjaik könnyen kemlnek magasabb energiaszintre. A felvett energia egy részét vis.szasugározzák a környezetbe, egy részét azonban képesek biokémiai folyam atokra felhasználni. Ennek az a magyarázata, hogy a fotoszintetikus pigm entek a zöld színtestekben fo to ren d szerek e t (pigm entrendszereket) képeznek. A fotorendszerek fénycsapdaként működnek, és egy fordított piram ishoz hasonlíthatók. Az aljukon lévó nagyszámú karotinoidm olekula gerjesztődik, a leadott energia a „felettük lévő” klorofill-h m olekulákat gerjeszti, azokat azonban a napfény is gerjeszti, így energiában különösen gazdaggá válnak. A klorofill-b molekulák a rendszer csúcsán álló kló- rofill-a molekulát gerjesztik, amely olyan nagy mennyiségű energiát kap. hogy egy elektronját le is adja. A leszakadt elektron NADP^-molekulára keiül. A /. számú fotorendszer az elektronveszteségét egy másik, a U. fo torendszerhől pótolja, amely hasonló m ódon gerjesztődik, mint az I. fotorendszer. A II. fotorendszer itzonban az elektronveszteségét m ár a víz bontásából, a fotolfzisből biztosítja. A II. fotorendszer gerjesztett elektronja energiaszegény állapotban kerül ál az I. fotorendszeire. mert útközben vastartalmú enzimeken keresztülhaladva az elektron

4 2 AZ ANYAGCSERE

en erg iá ja A T P-szIntézisre ford ítód ik . Ezt az energiát a sötétszakasz energiaigényes folyamatai használják fel. (42.2. úhm)

A sö té tszak aszb an 6 db öt szénatom os cukor (ribulóz) vesz fel 6 db szén-dioxidot.Ez eg y energiaigényes lépés, am ely .során 12 db glicerinsav-fo.szfát keletkezik. A glicerinsav-foszfát a NADPH-ról száim azó hidrogének és az ATP felhasználásával több lépésben redukálódik. A folyamat eredm énye 6 db pentóz és 1 db glükóz. Az öt szénatomos cukrokkal a ciklus kezdődik elölről. <42.i.ábni)

Ö sszegezve : A fényszakaszban a g erje sz té sse l keletkezett, energiában gazdag elek tronok vastartalm ú enzim eket redukálnak, a redukálódott vasionok visszaoxidáló-dása során felszabaduló energiát pedig a sejt szőlőcukor felépítésére képes fordítani. A szőlőcukor felépítéséhez m ár nem kell fény, ezéil ez a fotoszintézis sötétszakasza. A szőlőcukor szénatom jai a levegő szén-dioxidjából, hidrogénatomjai pedig vízm olekulákból származnak. A vízmolekulák elbontása is a fényszakaszban, a fényenergia felhasználásával, enzim ek közrem űködésével történik.

A sejt anyagainak felépítésében azért is központi szerepű a szénhidrátok képződése, mert u szénhidrát-anyagcsere egyes közbeeső termékei az uminosavak és a nukleotidok felépítésében is felhasználhatók, a kész szénhidrátokból pedig zsírok képződhetnek.

A fotoszintézis a földi élet alapja, m ert a fotoszintézis során kerül be az életfolyamatokhoz szükséges energia, valamint a szerves anyagok szintéziséhez szükséges szén és hidrogén az élő rendszerekbe.

42.1. A foloszintczis sötctsziikiisziínuk lényege

elektronszálftó rendszer

42.2. A fényeneigia inegkötése és átalakításii

A LEBONTÓ FOLYAMATOK 4 3

9 . A lebontó folyamatok

KÖZKPSZINTÜ követelm ény:

O Ism ertesse a biológiai oxidáció lényegét, bm ttó egyenletét.

O M agyarázza el az erjedés lényegét* ismertesse mindennapos felhasználásiít. Tudja, hogy a szerves molekulák szénvázából szén-dioxid keletkezik, a hidrogén szállítómolekulára keiül. Tudja, hogy a végső oxidáció során a szállítóm olekulához kötött H m olekuláris oxigénnel egyesül, víz és ATP keletkezik. Ism ertesse a folyamat helyét a sejtben.

EM ELTSZINTŰ követelm ény:

o Ism ertesse a glükolízis összesített egyenletét, helyét.

O Éitelm ezze a citrátkör lényegét: a H szállítóm olekulához kötődését, a szén-dioxid keletkezését, a folyamat helyét.

© Tudja, hogy az aminosavak lebom lásakor és átalakításakor a N am m ónia, illetve karba- m id form ájában kiválasztódik, vagy másik am inosavra kerül.

O A biológiai oxidáció lényegeAz an y ag leb o n tó fo lyam atok energiagazdag szerves vegyületekből indulnak ki, amelyek a lebontás soiVm energiában szegény kismolekulájú anyagokká alakulnak át. A szerves vegyü- letekben lévő szénatomok szén-dio.xkhla, a hidrogénatomok vízzé alakulnak át, miközben energia szabadul fef. A sejtek enei giafelhasználása azonban téliben és időben is eltérhet az energiafelszabadítástól. A sejtek életében gyakori, hogy rövid idő alatt sokkal több energiára van szükségük, mint am ennyinek a felszabadítását az enzimatikus folyam atok rövid idő alatt biztosítani tudnák. Ezért fontos a telszabaduló energia tárolása. Erre alkalm as vegyület az A TP, am elynek két egym áshoz kapcsolódó foszforsav-m olekulájának kém iai kötése sok energiát raktároz. A lebontási folyamat során tehát ATP „energiakonzervek” keletkeznek, am elyeket a sejt akkor használ fel. am ikor szüksége van energiára.

A lebontási folyamatok kétfélék lehetnek.O xigén jelen létében (46.2. Hhra) se jto x id ác ió aerob közeg anaerob közegzajlik. Lépésről lépésre történő oxidációsoro- zat ez, fő szakaszai a glükolízis. a c itrá tc ik - lu s és a te rm in á lis oxidáció. A végterm ék szén-dioxid és víz le.sz.

C^H + 6 O 2 = 6 C O j + 6 H2O + energia

Ha nem áll rendelkezésre elegendő oxigén a sejtekben, e rjed és megy végbe. Az eijedés során valam ilyen szerves anyag, tejsav, vajsav. etil-alkohol stb. a végtermék. M ivel ezek a vegyületek még eloxidálható szén- és hidrogénatom okat tartalm aznak, az erjedés során

gWkolizis

■*2 ATP

eCOj-t-SHjO

cttromsavciklus

^36 ATP

glükolízis

-•2 ATP

tejsavV3W

etanoi -t- CO

43.1. A biológiai oxidiíció és <iz erjedés vázhila

4 4 AZ ANYAGCSERE

jóval kevesebb energia szabadul fel (kevesebb ATP keletkezik), mint az ugyanannak a m olekulának az ellélegzése során. (4 3 .i.á h ra )

A sejt bármilyen szerves m olekuláját képes energianyerés céljából lebontani. M ásképpen fogalmazva: Ha a végső elektronfelvevő molekula szervetlen, akkor légzésről beszélünk. A szervetlen elektronátvevő lehet m olekuláris oxigén, ebben az esetben a légzés aerob, ha valam ilyen más molekula vagy ion (például ammónium: nitrit: N O j", szulfát: vSO^^"),akkor anaerob. Ha a végső elektronfelvevő m olekula szerves vegyület, a folyam at erjedés.

O Az erjedésAz alkoho los e rjed és élesztőgom bák lebontó folyamata, amely során glükózból etil-alkohol és szén>dioxid keletkezik. (44.].Hhni)

- C H 3- C H 2-O H + 2 C O 2 + energia A keletkezett energia tehát töredéke a sejtlégzés során egy glükózm olekulából nyerhető energiának. Ez a reakcióegyenlet ism eretében egyéilelm ű. hiszen a kél etil-alkohol-molekula még nagy energiam ennyiséget tartalékol a kötéseiben. Ez a folyamat az alapja az alkoholos italok előállításának.

A te jsa v a s e r jed é s folyamatában baktérium ok bontják le a tejcukrot lejsavvá (44.2. ábrn):

C6H .2 0 , ^ 2 CH3-CHOH-COOH + energia.

A tei mell energia mennyisége szintén nagyon kevés. A sajtgyártásnak (és több tejtermék előállításának), valamint a savanyításnak ez az erjeszlési forma az alapja. A többsejtű eukai ió- tákban is bekövetkezhet tejsavas erjedés, ha a glükolízis során a sejt nem ju t elég oxigénhez, ezért nem tud végbemenni a piroszőlősav átalakulása. A piroszőlősavból acetil-koenzim -A helyett tejsav keletkezik. Az izom rostokban felhalm ozódó tejsav eredm ényezi az izomlázat. Az izomrostokból a tejsav vagy eloxidálódik, vagy a vér a májba szállítja azt. iihol a glikogénszintézis reakciósorába lép be.

A v a jsav as e rjed és is egyes baktérium ok, pl. a lépfene-baktérium ok jellem ző lebontó folyamatai. Kiinduló anyaguk cellulóz vagy más hasonló szerkezetű szénhidrát. A folyamatban többféle szerves vegyület a végterm ék, legnagyobb mennyiségben vaj sav.

(XÚKOÜSS

< !:í^

2AOP + 2 0GLÚKOUZIS

ghlkóz

2 NA0 H2NA0 * +

EfUEOeSt REMOO 2H +

CHa-C-COOH2 Ö

pifosjőiősav

2AOP+20

44.1. A z alkoholos erjedés Viíztata 44.2. A z tejsavas erjedés Viizlata

A LEBONTÓ FOLYAMATOK 4 5

O A glükolízís összesített egyenleteA gliikó/ a sejt citoplazinájában lezajló glükolízisben oxidálódik, és 2 db három szénatomos tennékké hasad, végül piro.s/oldsavvá ahikul. <45.1. ábra)A folyamat összesített reakcióegyenlete:

C^H,20(^ + 2?+ 2 ADP + 2 NAD"- 2 + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+.

A szénhidrát energiával való feROttése é s kettébofltása

glükó2 > gl0k6z-$-losztát >.. fruW úz-$-loszfat >fruMö2-1.6-<Jííoszfat

An>oiei(uiaoxi(iá)ása

truk1óz-1,6-dítos2fát >2 db glicenn-aldetttd-íoszfát

A2 energia kinyerése ai ATP kötéseiben

2 db glicerln>aldehld>foszfát >-> g icerínsav-foszíál -> p i r o s z d l ^

2 HrendwMés

'- 0 - ©

ATP AOP ATP AOf

45.1. A glükolízis folyamata

? A 0 f-*2A T P

0 A citrátkör (citromsavcíklus)Kellő oxigén jelenlétében (szén*dioxid-ve.sztés közben) a pirc)s/olí«av acdilcsopoiitá alakul, amelyet egy koenzim-A molekula acelil-koenziin-A formájában szállít, és így kapcsolódik a citrát- körhöz (Szent-Györgyi-Krebs-ciklus; citi<itciklus) a mitokondriuin belső terében. A belépő acetil- csopoil leválik a koenzim-A molekuláról, majd egy oxálecetsavhoz kapcsolódik. A négy szénatomos oxálecetsav és a két szénatomos acetilcso- pott hiit szénatomos vegyületté. azaz citromsavvá alakul. A citromsav a továbbiakban több lépésen keresztül részlegesen eloxidálódik, a hidrogénatomok NAD'*’ és FAD koenzimekre kerülnek, két szénatom pedig s/éii-dioxíd foiinájában kilép a köifolyamatból. A keletkezett négy szénatomos vegyület újia oxcílecetsavs á alakul át, és indul a ciklus elölről. A citrátkör minden reakciója a mitokondrium belső terében megy végbe. (45.2. áhni)

A term iná lis (végső) oxidáció

45.2. A citromsavciklus vázl-ata és foly«unuta

A redukált koenzimek egy soklépcsős vastartalmú enzimeket (citokrómok) tailalmazó rendszeren vissz<ioxidálódnak. A folyamat a mitokondrium belső membránjában zajlik. Az oxidációs lépések során (elszabaduló cncv^idATP-szinlézisrefordílóíiik, az energiában szegény elektronok a légzési oxigénre kerülnek, amelyek a koenzimekről száimazó protonokkal vízzé alakulnak.

4 6 AZ ANYAGCSERE

A redukálódott koenzíinek víssz«i0xíd<ílód<ís<i é.s a nugy energiatiulttlmú ATP-inolekuhík szintézise a lebontási folyamat utolsó szakaszában, a tennínálís oxidációban, a mitokondriumok belső ineinb- ránjábiin történik. A visszaoxidiihlst egy soklépcsős rciikciósor végzi, iunelyben a protonok és az elektronok útja elválik. Az elektronokat citokróm molekula veszi át. A citokrómok aktív centrumában Fe^*-ion található, amely az elektronfelvétel következtében redukálódik Fe^^-ionná. A következő citokróm enzim ugyancsak Fe^^-töltésű ionja átveszi az előző redukált vas ionjától az elektront, és redukálódik, miközben az első visszaoxidálódik Fe^‘‘‘-ionná. A folyamat így megy tovább lépésről lépésre, miközben az elektron energiatartalma egyre kisebb lesz. A felszabaduló energia ATP-szintézisre fordítódik. Végül két elektron átkerül a légkörből felvett oxigénmolekulára, amely a mitokondrium belső membránján felvesz két protont, és vízzé egyesül. A protonok előbb a belső membrán belső oldalán halmozódnak fel, azonban adott koncentráció eléiését követően megnyílnak a membrán csatoma- fehérjéi és a protonok a külső térbe áramlanak, így az oxigén rendelkezésére állnak. Kiáramlásuk is cncigiatciinclő folyamat, cs az így felszabaduló energia is ATP-szintczisre fordítódik.

Az aminosavak lebontása a sejtekbenAz ainíiiosavak k‘lM>ntása során először ketosavak keletkeznek, tehát a nitrogéntartalmú csoport lekerül a szénláncról. Ez történhet transziuninálással. ekkor egy ketosavra keiül át az aminocsoport, így nem vész el a szervezet számára, mert egy felépülő aminosav-molekula része lett. Az aminocsoport dezaininálással is lekerülhet a szénláncról, ekkor az aminocsoport egy hidrogénátvevő koenzim segítségével lahasad a molekuláról, azaz oxidikió történik. A továbbiakban ebből képződik a karbamid, amely később kivála.sztódik.

FEHÉRJÉK NUKLEIN$AVAK PQU$ZACHAniDCIK LIPIDEK

1 Aam inosavak ) ( nuMeotidok ) ( m onoszacharidok ) ( g licerin ) ( z sírsav )

aop + < 2 )-

A T P-

-A T P

^ A O P + 0

1d ö í T N — *. gliccrinaW eh k l< g ) ^

— ADP+<g)-- } hklrofl6n|

CÍ T ta r ta l rn T N ^ rész

ATP-*

piroszőKisav

h k lrogén l

aceiii-CoA

hidrogén

AOP+ 0

ATP

/ wtromsav* \

1

h idrogén

légzési— — r n oxigén hidrogén | (Qj )

term inálisoxidáció — ¥■ ^ HjO y

46.1. A z aerob lebontó folyiunatok vázlata

A SEJTALKOTÓK 4 7

1 0 . A sejtalkotók


O Ismertesse a biológiai hártyák (membránok) szerepét (anyagforgalom, határolás, összekötés, jelö lés, jelfogás) és felépítésük általános elvét.

© H asonlítsa össze a passzív és az aktív szállítás lényegét (iránya, energiaigénye).

© Ism eije fel rajzolt ábrán a sejtháilyát, a citoplazmát, a sejtközpontot, az ostort, a csillót, az endoplazm atikus hálózatot, a riboszóm át, a sejtmagot, a mitokondriumot, a sejtfalat, a zö ld színtestet és a zárványt.

O H ozzon példákat az állábas, az ostoros és a csillós tnozgásokra az emberi szervezetben.

© V izsgálja és ismerje fel m ikroszkópban a sejtfalat, a színtestei, a sejtm agot és a zárványt. Ismertesse ezen sejtalkotók szerepét a sejt életében.

K M K i;r SZINTŰ követelm ény:

© H ozza kapc.solatba a sejtm ozgásokat a sejtvázzal.

O Ismertesse a passzív és az aktív sz<lllítás mechanizmusát, végrehajtóit (kettős lipidréteg, m em bráncsatornák, szállítók, pum pák) és hajtóerőit.

teMríet f á n s .

47.1. A biológiai membrán fclcpítcsc

S</>s

O A biológiai hártyák szerepeA se jtm em b rán elhatárolja a sejtet a környeze té tő l. ám a kapcso latta rtást is b iz tosítja a rajta keresztül megvalósuló anyofifelvéfelen és anyagleadáson keresztül. (47.i.ábr»)

A hártyák működésében meghatározó szerep ju t a felépítésében részt vevő m e m b rá n - feh é rjék n ek . A m em bránfehérjék biológiai funkció juka t tek in tve részben kü lönböző „csatornafehérjék” , amelyek a mem bránon át m egvalósuló anyafííranszporfof biztosítják.Ezek nagym éretűek, térben hengerszem ek, | í í ^ í í |középső üregüket hidrofil oldalláncok „bélé- ~ - ■» >« >- * >>« >lik” , így a víz (és ionok) szám áia - m egfelelő körülm ények között - átjárhatóak. (A csatornák egy része ugyanis a körülm ényektől függően nyitott és zárt állapotban egyaiánt lehet.)Más fehéijék enzim fankciókat töltenek be. megint mások a hozzájuk kapcsolódó nem fehérje- természetű molekulai észeikkel a membrán effiediségér biztosítják, és fontos szerepet játszanak a sejtek felismerési folyamataiban, a saját és idegen sejtek m egkülönböztetésében. A m em bránfehérjék egy része úgynevezett receptotfehérje, am elyek specifikusan m eghatáiozott m olekulák (például horm onok) sejtm em bránhoz történő kapcsolódását biztosítják.

§íA*c

1

4 8 AZ ANYAGCSERE

SEJTEN KM IL ^

O Q szállított ^ \ J anyagok

CdOPiAZMA együttes transzportja

48.1. A z iiklív ti'iinszpoil típusai

SEJTEN KMX. ^

• ”L A — • —

d Na*

m w m m ;K*

O o ^ ° OKtCnOPI>2MA

O A sejthártya szállítóműködéseA sejtek anyagcsere-folyamataihoz szükséges, hogy a környezetükből anyagokat vegyenek feL és az is fontos, hogy különböző sejtterm ékeket leadjanak. A különböző anyagok felvétele és leadása csak a sejtháityán keresztül valósulhat meg, ezt nevezzük a m e m b rá n szállítóm íi- ködésének . A szállítófolyam atokat aszerint csoportosítjuk, hogy a sejt részéről igényelnek-e energiát. Passzív tra n sz p o r tró l akkor beszélhetünk, ha a sejtbe bekerülő (vagy onnan kikerülő) m olekulák teljesen önállóan haladnak keresztül a sejtháityán. Ebben az esetben mindiga magasabb koncentrációjú helyről az alacsonyabb koncentiációjú hely felé történik i i z anyag

0

mozgása. így jutnak át egyes apoláris molekulák, például a szíerokhk, a szén-(lio.\i(L az oxigén és a poláris víz stb. Ezzel szemben az ak tív transz|)ort/Wí^^;/eÁ7w/ álló szállítórendszerek segítségével valósul meg, ami a sejt részéről energiafelhasználással jÁv (4K.i.Mhni). A folyamat az alacsonyabb anyagkoncentrációjtl helyről a magasabb anyagkoncentrációjú hely felé is folyhat. Az aktív transzpoiltal különböző anyagok koncentrálódhatnak a sejtekben, a sejtszer- vecskék bizonyos felületein, vagy ak ár a sejten kívül is. Például a felszívásban szerepet játszó vékonybélhám sejtek glükózkoncentrációja jóval a bélnedv glükózkoncentrációja fölé em elkedhet. Az idegsejtek ingerlékeny.ségi folyamataiban nagyje len tőségű az aktív transzporttal fenntailott nátriuniion- és káliiunion-különhség a membrán kél oldalán.

Az aktív transzport folyamán a sejtek energiaszükségletüket ATP-molekulák hidrolízisével fedezik.

sejtinagvacsk;i sejtiniíg

cndopliizinutikus hiilÓ2i«t

sejthált)',!

NcjtplikZiinu

ii szomszédos sejt fíila

sejthiulyu

s e jtfK d w e l le li üieg

sejlmug-Vitcska

tniio- k ond itu in

lizoszóina

endoplaz-m atikushálóziit

sejtplazm a

C o lg i'k é s zü lék sejlközponi

zöldszintest

C o lg i-készülek

ZiirN’ány

lizo -szóma

sejtmag

initO'sejtfal kondi ium

48.2. A z állati és a növényi sejt összeh<Lsonlítás<i

A SEJTALKOTÓK 4 9

O Citoplazma, sejtközpont, ostor, csilló, endoplazmatikus hálózat, riboszóma, sejtmag, mitokondríum, sejtfal, zöld színtest, zárvány

A c ito p lazm a a sejt alapállom ánya. F6 töm egét víz adja, ebben szervetlen ionok és szerves m olekulák vannak oldva. Jelentős m ennyiségben tailalm az kolloid állapotban lévő fehérjéket (enzim ek) és lipidcseppeket.

A se jtk ö zp o n t két npró^ fehérjéhől álló testecske a sejtben. Feladata osztódáskor a magor- sófonalak kialakítása és működtetése. A z osztódást követően az utódsejtekben megkettőződnek.

Az o s to r és a csilló állandósult plazm anyúlványok, a sejt mozgásszc^rvei. Az ostorból egy vagy néhány van, ezek hosszúak; a csilióból rendszerint sok található, amelyek lényegesen rö- videbbek az ostoroknál.

Az en d o p lu zm u tik u s h á ló za t (4v.i. »hra) az eukarióta .sejtekben lévő nagy kiterjedésű, heis() m em bránrendszer. A durva felszínű endoplazm atikus netikulum felszínén riboszó- mák ülnek, itt folyik a fehéijeszintézis. A sim a fe lsz ínű endoplazm atikus retikulum on nincsenek riboszóm ák. hanem egyéb anyagok, például lipidek szintézise folyik itt. 49.1.Azcndopl;izinatikushálózi»l

A m ito k o n d ríu m (4V.2.úi>n)) pálcikaszerű sejtszervecske. Egy külső feszes és egy belső, gyűlt m em bránrendszerből áll. („Zsákban zsák” ). Benne zajlik a sejtlégzés citrom süvdklusa és az ATP-szinrézis folyam ata (oxidatív foszforiláció).

k ü Mmeinbíii

belsőinctnbr.m

ATP-tképzésenzim

O U o a

G ® t-infci-

meinbiúnIcr bcK(^ inembiiin

MIKR0 !;7.K6 P0 <; KF.P

küls< inembián

phizinaszerüaliipiíllomúny

bel>őinembi;ín

külsAnwinbiiin

plazjnuszeiűulupiíllnmány

liboKZóinaDNS

49.2. A initokondi ium felépítése 49.3. A színtest felépítése

5 0 AZ ANYAGCSERE

A sejtfa l a baktériumok, gom bák és növényi sejtek külső határolója, a sejtmembrán termeli. Ennek anyaga a baktériumoknál főleg murein (fehérje), a gombáknál kitin, a növényi sejteknél (és a kékbaktérium oknál) cellulóz.

A zö ld szín test (49..Váhra)a növényi sejtek je llem ző sejlszervecskéje. A fotoszintetikus pigm entek m iatt zöld. A benne lévő tilakoid m em bránok gránum jaiban folyik a fo to - szintézis- 50.1. Különböző Ziíjványok

tűkristúly-nyaláb

oszlop-

A z á rv án y o k (5o.i.áhni)a növényi sejtekben lévő szilárd halm azállapotú, rendszerint kristályos anyagcsereterm ékek, raktározott anyagok (Pl. kalcium -oxalát-kristály, kem ényítőszem cse, aleuron).

O Állábas, ostoros és csillós mozgás az emberi szervezetbenAz em beri sejtek a különböző feladatok el- végzésére különböző m ozgásokat végeznek.

A lláhakkal mozognak az em ber szervezetében például a fa lósejtek (a neutrofil granu- lociták).

O s to ro s m o zg ást végeznek a hím ivar^ sejtek.

C sillós m ozgás jellem ző például a z orr- m-álkahárrya. a petevezető vagy a húgyvezető belső felszínére (5o.2. ábra). 50.2. A neutir>fil gianulocítü (/\) és a hímiviusejtek {B)

O A SEJTFAL FÉNYMIKROSZKÓPOS VIZSGÁLATA 5. VIZSGÁLAT

ANYA(;()K í;s hs/K ()/(”)K: fénym ikroszkóp, tárgylemez, borotva (vagy borotvapenge), csipesz, bonlótű, ó raüvegek, toluidinkék-oldat, desztillált víz, valamilyen begóniafaj lomblevele.

víXiRKlLVJTÁs: A begónia levélnyeléből borotvával készítsünk vékony metszetet. Tegyük csipesszel toluidin- kék-oldatot tartalm azó óraüvegbe, m ajd 1-2 percig hagyjuk a festékoldatban. Ezután vegyük ki. egy másik óraüvegben desztillált vízben öblítsük át, majd tárgylem ezre téve egy csepp vízben fedjük le fedőlemezzel.Közepes nagyításon (kb. 10 x 15) vizsgáljuk meg a sejtfalat. Rajzoljuk le a látottakat!

50.3. A bcgönta szárkcicszdnclszcle

i'APASZi'ALAT KS MA(;Y/\Ry\Z/\'r: A mefifestett preparátiumm jó l látszik a me^fest<Witt sejtfa l. A sejtek .sejtfalai a .sarkokon erősebben megvastagodtak.

A SEJTALKOTÓK 5 1

A SZIMTESTEK FENYMIKROSZKOPOS VIZSGÁLATA 6 . vizsgálat

ANYAííOK 1->;ZKÖZ(")K: fénym ikroszkóp, láigylemez. fedőlemez, boiotva, csipesz, cseppentő, bontótű, Vallis- neria levele. (A Vallisneria spirális közism ert akváriumi növény, minden szakkereskedésben beszerezhető.)

v k ( ;rk i ia j tá s : A levélből készítsünk borotvával vékony felületi metszetei. Tegyük tárgylem ezre, és egy csepp vízben fedjük le fedőlemezzel. Közepes nagyítás alatt (kb. 10 x 15) vizsgáljuk.

T A PA S/.T A I.A T f e M A (;Y A RÁ 7,A T: A sejtekben nagyszá- 51.1. v „ l l is n e 7 ia Icv c icn ck k e resz t- mú zö ld színtestet látunk. m etszete

A SEJTMAG FENYMIKROSZKOPOS VIZSGAUTAANYAÍÍOK ÉS rszk ö zö k : fénym ikroszkóp. szövettani csipesz, tárgylemez, fedőlemez, cseppentő, óraüvegek, Lugol-oldat, víz, valam ilyen pletykanövény (Zebrina pendula vagy Tradescantia-fajok).

VKíiRKiiAjTÁs: Készítsünk bőrszöveti nyúzatot a növény leveléről, tegyük óraüvegen Lugol-oldalba egykét percre, majd öblítsük át vízben. Ezt követően fedjük le egy csepp vízzel tárgylemezen, és vizsgáljuk közepes nagyítás alatt (kb. 10 x 15).

7 . VIZSGÁLAT

51.2. A sejtmag fenymikroszkópos képe

i'APASZTALA'i' íls MAíiYARÁZAT: A Sejtmag <1 Lugol-oldotos festés hatására sokkal jobban látszik, m ert a jó d o k ia t erősen m egfesti a sejtmagot.

A ZÁRVÁNY FENYMIKROSZKOPOS VIZSGÁLATA 8 . vizsgálat

Lásd 2. vizsgálat 22. oldal

ANYAÍÍOK íis kszkí‘)Zí )K: m ikroszkóp, tárgylemez, fedőlemez, olló, c>;eppentő, víz, vöröshagym a.

V K ííR K ll,v i t á s : a vöröshagyma száiaz, külső burokleveléből ollóval vágjunk ki egy kis darabkát. majd tegyük tárgylemezre, és fedjük le egy csepp vízzel. V izsgáljuk előbb kis (kb. 4 X 10), majd közepes (kb. 10 x 10) nagyítás alatt.

l APASZTALAT í-S MAííYARÁZA'F: A hagym a bnroklevelei számos kaU ium-oxaíáit-krístáiyt tartahnaznak. Ezek záfványkristályok, a vöröshagyma oxálsavvá, m a jd kaU ium-oxaUUtá alakítja fe lesleges anyagcseretennékeinek egy részét, és ebben a fo n n á b a n raktározza. A kri.stályok kocka vagy hasáb alakúak, végeik piram isszerűek.

5 2 AZ ANYAGCSERE

O A sejtmozgások kapcsolata a sejtvázzalA se jt b e lső , h á ro m d im e n z ió s v áz iit f .n o m , ro s t- „ d o p i,^ ,„ „ ik „ s ,s«jth.írtyHszerű Ichcrjcsiruklúrák képezik (52.1. úhra). hál<Szat - - - s /Közülük a legvékonyabbak a 4 -7 nm álinéiőjű 'mikrofiUimeníumt)k. A náluk vastagabb, 8-12 nanométeres átmeneti fHamenlumok hosszabb szií- lúak. míg a iegvastagabbak a 18-25 nanométeres niikroíuhtilusf^. Ezek egymáshoz, valiunint a sejtmembránhoz kapcsolódva egységes rendszert ^ ^ - n képeznek. Átszövik az egész sejtet, összeköttetést ' mitokondriiun teremtve a citoplazma egyes sejtalkotöi között, fehéijccsövek egyben meghatározzák a sejt alakját, valamintb izto sítják annak n a gy fo k ú ruga lm asságát. 52.1. A sejtváz szerkezete

A m ikrofiliim entum ok és a m ikrotubulusok itktív

mozgásra, sót mozgatásra is képes szerkezeti elemek, amelyeknek fontos szerep jut az egyes sejtalkotók helyváltoztatásiíban. A hálózat belső térszerkezete nem állandó, folyamatosan leboinolhat és újraépülhet.

O A passzív és az aktív transzport szállító mechanizmusaiA pass/ív li*ans/p»rt a sz«il!ítómechanizmus szempontjából két típusba sorolható. Az egyik közülük a s /ahad traiLs/port. Ebben az esetben a sejtbe be- (vagy onnan ki-) keiiilő molekulák teljesen önállóan haladnak keresztül a sejthártyán. A szabad transzport dijfúzíóvitl valósul meg. így jutnak át egyes apoláris moIekuUík, például a szteroidok, a szén-dioxid és az oxigén, az etil-alkohol, a kaii>amid stb., és így jut ál a víz is.

A másik típus a kö/vetíte(l Iraiis/port (lacililált dífrú/ió). amely esetén in<ír közvetítőmolekuhík játszanak szerepet az anyagok sziíliításábHn, ám ez a működés nem igényel energia befektetést a sejt részéről. A közvetítők a sejtháitya integráns fehérjéi, amelyek egy része képes arra, hogy a sejtmembrán külső felszínén különböző anyagokat kössön meg, majd konforinációváltozást követően a sejtmembrán belső felületén leadja azokat. A fehégék szelektívek, egyes szigorúan meghatározott molekulák (vagy rokon vegyületcsopoilok) transzportjára képesek csak. így jutnak át a membránon például a ketontestek, a glükóz, illetve bizonyos gyógyszerek stb.

Az akiív (ranszport - mechanizmusát tekintve - szintén kétféle lehet. Egyrészt fchcrjckbő! álló s/iillítórciids/crck sc}>ítsé}>évcl valósul meg, azonban a szállítómolekula mozgása, illetve az átszállított molekula leadása sejten belül, a sejt részéről energiafelhasználással jár. A szállítófehérjék enzimek, amelyek segítségével mindig egy irányba, akár a nagyobb koncentrációjú hely felé is folyhat az átvitel.

Az aktív tianszpoil másik fonniíja a incmhráiiáthclyexí’sscl (örténő (raiis^M>rf. A folyíunat a he kehelezés (emhcilózix)* melynek során a felvett anyag a sejthártya egy ditfabjába csomagoltan kerül a citoplazma belsejébe. Első fiízisaként az anyag a sejtmembrán külső felszínéhez kötődik. Ezt követően a sejth<ulya betüremkedik, egészen addig, míg a betüiemkedett terület felett az egymás mellé kerülő két membránfelszín egy szakaszon nem érintkezik és vakuolummá nem zitródik össze.

Az endocitózis két fonnája ismert, a fag<K Ííózjs és a piiUHilózis. A fagocitózis során a bekebelezett anyag szihüd halmaz«tllapotú, a pinocitózis esetén folyadékcsepp, oldat. Számos egysejtű táplálkoz<ísi módja fagocitózis, de fagocitálnak a neutrofil granulociták vagy a monociták is. A fagocitózis jelenségét Hja Iljics Mecsnyikov orosz mikrobiológus írta le először.

Az endocitózissal ellentétes irányú folyamat az exm-itózis.

A SEJTANYAGCSERE. A SEJTOSZTÓDÁS ÉS A SEJTMÚKOOÉSEK VEZÉRLÉSE 5 3

1 1 . A sejtanyagcsere, a sejtosztódás és a sejtműködések vezérlése

KÖZKI*SZINTll követelm ény:

O M agyarázza el a sejt belső háityarendszerének funkcióját. Ism eilesse a mitokondrium és a színtest szerepét (biológiai oxidáció, fotoszintézis).

© Ismertesse a sejtek osztódási ciklusát (nyugalmi szakasz, DNS-megkettóződés, nyugalmi szakasz, osztódás).

o Ism ertesse a krom oszóm a fogalm át, az em ber testi sejtjeinek és ivaisejtjeinek krom oszóm aszám át.

O H asonlítsa össze a m itózist és a m eiózist. Ism ertesse, hogy a m eiózis folyam ata miért eredm ényez genetikai változatosságot.

© M agyarázza el, hogy a sejt hogyan válaszolhat külső és belső ingerekre (valamilyen belső anyag koncentrációváltozása, működésének megváltozása: alakváltozás, elválasztás vagy elektrom os változás).


© Ism ertesse a sejtbe bejutó anyagok vagy a belső felesleges anyagok lebontásának lehe- tőségét (lizoszóma). Értelm ezze a Na‘*"-K‘*'-pumpa fontosságát.

© M agyarázza el a program ozott és a nem program ozott sejthalál különbségét. Hozzon ezekre példákat.

O A be lső m em brán (tiá rtya re n d sze re k ) je len tősége

Az e u k a r ió tá k a t a prokariótáktól elsősorban a belső m e m b rá n re n d sz e re k kialakulása különbözteti meg (53.1. ábrH). Ez eredm ényezi a maganyag membránzsákba való csomagolását is. A prokariótákban is lehetnek esetenként belső m em bránok, elsősorban a sejthártya begyűrő-

NCjtlIUg-húitya

endopluz*inatikus

lizosz^tna

Gol|[Í-kcNZü]ék

Mzoszótna

lratv>z rész

scjthiiitya

SEJTEN KÍVOU TÉR

S3.1. A z eukiu ióta sejt belső membránjainitk kapcsolatit

5 4 AZ ANYAGCSERE

dései révén. Az eukuriótákban azonban a külső sejtm em bránhoz való arányuk sokszorosan magasabb. M indez egyrészt rendkívül tw gy h e lw felületek kialakulását eredményezte, másrészt a citopiazm a belső terét sok kis, egymá>;tól elhatáiolt üregre, felületre osztotta. Mivel az életfolyam atok nagy része m embránokon m egy végbe, a nagyobb és egym ástól elkülönült belső felületeken egyszerre nagyon sok és nagyon sokféle hiokémhü reakció tud lezajlani egymástól függetlenül. Ezek az előnyök az eukariota sejtek evolúciójának felgyorsulását eredményezték.

A m ito ko n d riu m és a zöld szín test szerepeA m ito k o n d riu m energiatároló m olekulákat (AXP) szintetizál, a citrom savciklus és a term inális oxidáció helyszínére.

A zöld színtest (kloroplasztisz) a fotoszintézis anyagait tartalm azza. A fotoszintézisen kívül itt Zajlik a nitrátok am m óniává redukálása is, am ely a fehérjeszintézis első lépését jelenti. A színtelen színtest (leukoplasztisz) színtelen keményítőt, olajokat stb. iiiktároz. A színes színtest (kiomoplasztisz) különböző színű lehet, különböző színanyagokat, köztük fotoszintetikus pigmenteket is (karotin, xantoflll) tartalmaz, de a fotoszintézisben nem, vagy csak ritkán vesz részt.

Az e n d o sz im b io n ta -e lm é le tAz élet kialakulását követően m integy 2 m illiárd évig csakis /);ví/:í//7Vírí/A’ élhettek az ősóceánban. Fejlődé- . i < «sük során a sejtek többféle típusa is létrejött. Részben lui-^yobb méretű. iM'kehelezé.ssel táplálkozó heterotróf.sejtek v vterjedtek el. mellettük létrejöttek mozgékony, fonalszerűprokarióták is, \ahim ini dzehó.sejtléfízésre képes aerohtípusok, és kialakultak az első autotrófkékhaktérium ok is z .(54.1.ábra).

E négyféle ősi típusból jöhettek létre az első eukariótasejtek m integy 1.5 m illiárd évvel ezelőtt. Az el.ső lépés

X . 1 - 1 A' ' I 1 * ' \ 54.1. Egysejtű kékbaktériumok mikiosz-a keplekeny sejtek osszeolvadasaval mehetett vegbe. ami i^^pcvs képe

feltételezhetően a sejt tnem brániendszereinek, így a sejt-mofimembrán kialakulásához is vezethetett. Ilyen lehetett az első ősi eukaiióta sejt. amely még anaerob volt. Amikor nagyobb méretűek is kialakultak, bekebelezhettek kisebb prokai ióta sejteket. am elyeket nem mindig pusztítottak el. Hasonló jelenség a ma élő egy.sejtűeknél (például papucsállatka, azort belül: fotoautotróf egy.sejtű) is gyakori. Feltételezhetően a fonalas baktériumok felvétele a mozgásképességet, az aerob baktéiiumok felvétele pedig a sejtlégzést tette lehetővé. Ezzel párhuzam osan oxigénlűrés jöhetett létre, majd a felszíni vizekben élő kék- m o sza to k bekebelezésével kialakulhatott az ősi eukarióta sejt fotoszintetizáló képessége. Ezt az utóbbi lépést azonban csak egyes sejtek tették meg, m égpedig a növényvilág ősei. Az ősi aerob baktériumok és az ősi kékbaktérium ok ősi eukarióta sejtbe kerülése feltételezhetően a m ito k o n d ríu m o k és a sz ín tes tek kialakuláshoz vezethetett. Ezekre a sejtalkotókra még m a is részleges önállóság jellem ző. M embrán választjo el őket a citoplazm ától. Önálló baktérium okra, illetve kékbaktérium okra jellem ző DNS- és tRNS-moJekiiláik, rihoszómáik vannak, és a fehérjeszintézishez szük.séges enzimekkel is rendelkeznek. A ma élő sejtek mitokondriumai és színtestei azonban m ár sokkal kevesebb DNS-t tartalmaznak, mint eredetileg.

L L i i


az ONior incgjelenésc

prokaikStasejt

endoplazimtikus hálóait

k-s~/akad<> a svjlniagincmhrdii* vs a scjlváx

hiiürcmkcdcs kialakulása

a hi'kchcle/vs a milokondríitm kialakulása

a s/ínle.sl kialakulása

55.1. A z cukitrióta sejt kiai<tkuiásiín<tk fcitciclezctt cndoszimbíonlu folyamata

A DNS-működések egy részét az evolúció során az eukarióla sejt génjei vették át, így e sejtalkotók fehérjéinek nagy részét már az utóbbi gének kódolják (55.1. ábra).

milAztinyugatml

uakau (62)

oszt6dásia) nyugaloii s a k a u (6 J

O A s e jtc ik lu s

A se jtc ik lu s a sejtek keletkezésének folyamata. A létrejö tt sejtek vagy állandósulnak, és akkor már tovább nem osztódnak, vagy újra osztódnak. Az osztódó egyedi sejt élete tehát, osztódással ér véget. Ezért a sejt életciklusát egy köifolyam atnak tekinthetjük, am ely két fő szakaszból. egy nyugalm i fázisból és egy osztódási fázisból áll.(55.2. áhra)

A nyugalm i fázisban a sejt felkészül az újabb osztódásra, am elynek feltétele a sejt inform ációfarfo/m ának me}*keftdző(lése. A nyugalmi szakasz három részre különül. A z elsó szakaszban, közvetlenül az osztódás után a sejt „pihen” . A második szakaszban intenzív anyagcsere-folyamatok jellem zik. ekkor történik a DNS-állomány m egkettőződése. Ezt követően újabb nyugalm i szakaszkövetkezik, a sejt mintegy felkészül az osztódásra. A nyugalmi szakasz és az osztódó szakasz legszem betűnőbben a sejtm ag m egjelenésében különbözik egym ástól. O sztódáskor ugyanis a sejtm ag (krom atinállom ány) krom oszóm ákká alakul át.

(eUtÜateMaiái)

S szakasz (aON$mci>«n6zdde$e)

55.2. A sejtciklus

O A krom oszóm a

A magnedvben megfigyelhető kiomatinok a sejt osztódásakor kromoszómákká válnak. A k ro m o szó m ák a korábbi vékony fonalas állapotukból erősen felcsavarodva töm örebb állapotba jutnak, rövidebbek és vastagabbak lesznek (56.i.áhra). M indebből következik, hogy a krom oszóm ák kém iailag a sejtm ag anyagának (a kromatinnak) megfelelő m agfehéijékből és DNS- ből állnak. A kromoszóm ák fehérjéi a h isztonok.

A krom oszóm ák két k ro m a tid áb ó l épülnek fel. Az egyes krom atidák egym ás m ásolatai, ezért m éretben és DNS-tai1almukban teljesen m egegyeznek. A krom oszóm ák száma fajra

5 6 AZ ANYAGCSERE

jellem ző, állandó érték. Egy adott faj bármelyik sejtjében m indig a rá je llem ző számú, alakú és nagyságú krom oszóma található. A testi sejtekben két teljes kromoszómasorozat található. Ez azt jelenti, hogy m inden genetikai információ kétszeresen kódolt a kromo>;zómákban. A párok egyike apai. a másik anyai eredetű. Ezek a hom ológ kronif>.szóniák. Az em ber összes sajátosságaiéit és tulajdonságaiéit felelős genetikai inform ációk például 23 db krom oszóm ában találhatók meg DN.S-ben kódolt form ában. Ennek m egfelelően a testi .sejtjeinkben 46 db krom oszóm a található. V annak azonban olyan sejtek is, am elyek minden kromoszómából csak egyet tartalm aznak. Ilyenek például az állatok vagy az em ber ivaisejtjei.Azok a sejtek, amelyek egyszeres kromoszóm asorozatot tartalm aznak, a hap lo íd sejtek. Krom oszóm aszám uk n.Azok pedig, am elyek krom oszóm aszerelvénye két sorozatból áll. diploidok. A d íp lo íd sejtek krom oszóm aszám a 2n.

DNS kettes spirál

kroinoNZ(^Tia

56.1. A kromoszóma szerkezete

O A m itó z is és a m e ióz ls összehason lítása

A m itózis során általában egy dip lokl ( 2tt) sejtből két lijahh diploUl se jt keletkezik. így osztódik például az em ber zigótája, és így osztódnak a testi sejtjei is. Lehet azonban az is, hogy a m itózis során egy haploid sejt osztódik két újabb haploid sejtté. így osztódik például a mo- hanövényke a fejlődése során. A másik osztódási típus a meiózls. am elynek során egy diploid sejtből négy haploid (n) utódsejt lesz. így keletkeznek például a növények spórái, az állatok és az em ber ivarsejtjei.

A m itózis (56.2. áh ra) négy szakaszból áll. Az e in szakaszhan a sejtm ag előbb fonalgom bolyaghoz válik hasonlóvá, majd fokozatosan elkülönülnek benne az egyes kromoszómák. A sejt két ellentétes csúcsi végén egy-egy fénylő pontként megjelenik egy .sejtszervecske, a se jtközpont. Közöttük és a kromoszóma befúzodései között magoisófonalak alakulnak ki. Mindegyik krom atidának saját m agorsófonala van. Ekkora m ár a m agháitya felszívódik. A középszak aszb an a kromoszómák a sejt közepénél vízszintesen, csillag alakban elrendeződnek, miköz-

ELŐSZAKASZ KOZÉPSZAKASZ UTÓSZAKASZ VÉGSZAKASZ

S6.2. A mitózis vázlata


ben a kromoszómák egyik kromutidájának a magorsófonala az egyik, a m ásik kromatidájának a m agorsófonala az ellentétes póluson lév6 sejtközponthoz kapcsolódi k. Végül a krom oszóma két kromatidája a befűzodésnél is elválik egym ástól. Az u tó szak asz alatt az egykrom a- tidás utódkrom oszóm ák a sejt két ellentétes pólusa felé vándorolnak, m eil a m agorsófonalak fokozatosan megrövidülnek. A végszakaszban a kromoszómák sejtmaggá töm őéinek , miközben a két utódsejt sejtháityája középtájon befűzódik és elkülönül egym ástól.

A nieiózis (57.i. ábra) két főszakaszból áll. am ely valójában két közvetlenül egym ást követő sejtosztódás, közöttük azonban D N S-m egkettőződés nincsen.

Az e lső főszakasz előszakaszában a m itózishoz hasonlóan kialakulnak a kromoszómák. Ekkor azonban egy olyan jelenség is lezajlik, amely a mitózisban nem. A hom ológ kromoszómák teljes hosszukban szorosan összetapadnak, és egyes krom oszóm aszakaszok k icseré lődh e tn e k egym ással. Ennek a genetikai változékonyság kialakításában van jelentősége, hiszen az anyai eredetű kromoszóma és az apai eredetű kromoszómák genetikai információi a kicserélődést követően új kom binációban is m e^elenhetnek . Az ezt követő középszakaszban kialakul a magorsó. a magorsófonalak azonban nem az egyes krom atidákhoz. hanem a krom oszóm ákhoz kapcsolódnak. Ennek m egfelelően az utószakaszban nem a kiom atidák, hanem a kétkrom atidás, hom ológ krom oszóm ákból egy-egy vándorol a sejt kél pólusához. Az apai

KUSO FO SZA K A S/

ELŐ<iZ\KA<S

ELÓS7v\KASZ

KOZÉPSZAKAÍ5Z

VTÓSZAKASZ

VÉCSZ>\KASZ / V

MÁSODIK KOSZAKASZ

ELÓSZAKA.'SZ

KÖZÉ1>SZAKAR2

in ’ÓSZAKASZ

I. II.

57.1. A meiózis folyamala

5 8 AZ ANYAGCSERE

és anyai eredetű krom oszóm ák szétválása teljesen véletlenszerű, és ez tovább növeli az utódsejtek változékonyságát.

A krom oszóm ák szétválása után kezdődik a m ásod ik tőszakasz, ainely egy teljesen szabályos mitózisnak tekinthető. Az egyes kromoszóm ák az újonnan létrejött .sejtek középtájáramerőlegesen rendeződnek, újabb két m agorsó alakul ki, és az egyes kiom atidák elválnak egy-

0

m ástól. így négy haploid utódsejt keletkezik.

- H ogyan vá laszo lh a t egy s e jt a kü lső és be lső ingerekre?

Az élő sejtek ingerlékenyek , az őket érő külső vagy belső környezeti m egváltozásokra reagálnak., általában úgy, hogy a változás hatását tompítani igyekszenek, azaz az eredeti állapot fennu irtására törekszenek. Ennek szám os form ája van a sejt fejlettségétől, m űködésétől, állapotától stb. függően.

Az egysejtű élőlények többsége az inger hatására elmozdul (amőbák, ostoros és csillós egysejtűek). A soksejtűek m eghatározott m űködést végző sejtjei általában a m űködésük (anyagcsere-folyam ataik) mef>változásáva! reaf>álnak. A meghatározott belső ingerekre adott válaszoknak fontos szerepe van a szervezet sejtjeinek összehangolt működésében. Például, ha egy em lős veséjének oxigénellátása nem elégséges (belső inger), akkor a vese egy híiA'ivő anyagot, az erítropoetm t bocsátja a vérbe. Ezt a véráram ju ttatja el a célszervhez. Ebben az esetben a vörös csontvelőhöz, amelyben a kémiai anyag hatására fokozódik a vörösvérsejtek term elődése, ennek eredm ényeképpen javul a vese vérellátása.

A szervezet szabályozásának végiehajtása: módosult sejtekben az ingerek hatására elektromos im pulzus lép fel (akciós potenciál).

O A llzoszómák működéseA li/ o s/ ón iák membránnal hiitárolt gö inbsze iij sejtalkotók. A sejten helűli eiuészjés sejlszervecskéi.A m egem észtendő anyagok a sejt belsejéből és a kü lső térből egyaránt s^ánnazhatnak. Bennük

m integy 3 5 -4 0 féle lebontó enzim m űköd ik. Jellem ző tulajdons<iguk, hogy m em bránjuk egybe tud

o lvadn i m ás hason ló vastags<ígú m em bránokkal, íg y a feleslegessé vált bom lústennékeket el tudják

távolítani a sejtből. (5K.1. űhra) M ű k ö d é sü k szerint lehetnek: elő lizoszóm ák, elsődleges, m ásod lagos

és h iu inad lagos lizoszóm<ík.

SETTEN BELUU TÉR

G o ig i-készü lék

58.1. A lizoszómák

9Niiját .m y .ig o i iaili«lmuz<S c l^lizovztW na

« n z i in l iu u lm ú cisAdkgo lizrKZ<Sin4

e in é sz c h c te tlc n a n v iig o i h a rm u a liig o s

lizoNZfSiiu

id e g e n u n ^ u g n t Uutdlmu clAlizn>z(Sma

cxocitózis

exocilózis

cndocitózis

semiN KivuuTfiR


Az cl(7iíz(>s/,ómák olyan meinbr(ínz.sákocNkiík, iimelyek a .sejtek lebontandó anyagúit vagy a kívülről felvett anyagokat tai1 almazz<ík. Lefűződött sejthártyáknak tekinthetők, bontóenzimeket nem taitalmaznak. emésztés sem zajlik bennük. Az cisiklleges li/x>sz<)niák az endoplazmatikus retikulum- ró) lefűződött enzimtároló üregecskék, bennük még nem megy végbe emésztés (csak enzimet tartalmaznak). ineit nincs mii lebontaniuk. A más(KÍIa (>s lixos/.óinák az elsődleges lizoszómák és az előli- zoszómák összeolvadásából származnak. A harmadla^os li/os/ómák már nem emésztenek, tartalmuk az emészthetetlen maradékokból áll.

A Na'*'-K '^-pumpa fontosságaA biológiai membránok alapszerkezete egy foszfotid kellősréleg. A foszfatidmoiekulák hidrofóh részükkel egymás felé fordulva apoláris középső réteget képeznek, míg poláris, hidrofil molekularészletük <i membrán felszínét alkotja. Fontos szerkezeti építőelemek a membránfehérjék is. Közöttük találni olyanokat is, amelyek teljesen átérnek a kettős foszfolipidrétegen (integráns fehérjék). Ezek általában apohtris részeikkel stabilan illeszJcednek a kettős réteg apoláris csoportjai közé. ugyanakkor poliiris részeik egymás felé fordulva szabályos „cxaioniákaí” képeznek a membránon keresztül. Ezek a csatomiík a kisméretű, poláris iiK)lekul<ik és ionok sz<unáia átjárást biztosítanak a külső tér és a sejten belüli tér között. Ugyanakkor a nagyobb méretű pohu is molekulák sz<imára a membráncsatoma nem átjárhcitó, ezéit a sejthárlya féligálereszlőtulajdonságú. A membránra is éiA'ényesek a fizika és a kémia törvényszerűségei. Ha a membrán két oldiila közölt valamilyen oknál fogva ionmegoszlás-különbség lép fel, a fizikai kémia törvényszerűségeiből levezethető jelenségek fognak lejátszódni.

Induljunk ki egy egyszerű kísérletből. Tételezzük fel, hogy van egy üvegkádunk, amelyet egy biológiai membránnal tökéletesen elválasztva két félre osztunk. Az egyik részbe töltsünk egy liter I mol/dm koncentrációjú nátrium-klorid->oldatot, a másik felébe egy liter I mol/dm- koncentrációjú kiUium-bromid-oldatot. Rövid idő elteltével, biühonnan is veszünk mintát az üvegkád két feléből, valamennyi iont egyenlő koncentrációban fogjuk benne találni. A membránon keresztül ugyanis diffúzió zajlott le. amelynek során az ionok koncentrációi kiegyenlítődtek.

Ha az üvegkád egyik oldalába ezután valamilyen fehéijeoldatot öntünk, azt tapasztaljuk, hogy az ionok megoszlása a membrán két oldalán nem marad egyforma, egy olyan új egyensúly áll be.

IQVÚI

crK*

(3)Ka

Cl-

K’ — J g

1 .A U ivN a*-K **pütnpa

belül

(ehérje*anionok

(2)K*

Na*

-(2)K*

Na*

fehérje'anionok

2. A N apszám ára a m em brán p assz ívsi áijárhataOan

növekszik a K*- koíKcnlráctó különbsége

a K*-oi kifelé mozgató erő növekedése

feszültség növekedés

3. A koncentrációkülönbségm iatt diffúzió kifelé

59.1. A nyugalmi potenciál kialakulása

belül

^ feh é rje* ^ anionok

4 . A potenciálkülónbség miatt C l'-ditlúzl6 zajSk kileié

fetiérje'anionok

5. Kialakul az egyensúly; nyugakni potenciál

6 0 AZ ANYAGCSERE

SEJTEN KIVUL

OnO @ )

iunelynek következtében az ionkoncentrációk eltérőek lesznek ü két edényrészben, azaz a membrán két oldala között töltéskülönbség lesz észlelhető. A fehérjék nagyméretű molekulái ugyanis u memh- ráncscilornákon nem ludnak keresziüldiffurulálni, ugy<inakkor többségük sok könnyen disszociáló hidrogént tartalmaz, miközben a fehérjemolekula egy óriási anionná válik. Ilyen összetétel jellemzi természetes körülmények között a sejtek belsejét. A szabaddá váló protonok kicsik, és oldatba lépésük következtében a koncentrációjuk a membr<tn két oldalán nem lesz azonos. Ezért diifúzióval megindulnak a membrán túloldala felé. Ezzel egyidejűleg azonban elektrosztatikai okok miatt (a fehérje negatív töltésű) egyéb kationok is megindulnak a sejt belső tere felé, ezzel megbontjiik a siiját diffúziós egyensúlyukat. A helyzetet bonyolítja, hogy a membránon is átférő ionok nem azonos sebes.séggel mozognak, vannak gyorsabbak és vannak lassabbak is közöttük. Mindezek eredményeképpen egy szüntelen ionmozgáson alapuló, dinamikus cg>i‘nsúlyi állapot jön létre a membrán két oldala között, amelyet Donnaii-ej’ycnsúlynak nevezünk. A membrán két oldala közötti mérhető feszültséget nyti^Himl potcnclálnuk nevezzük. (59.i.úhrti)

A membránpotenciái kialakítása szempontjából a biológiai membránok még egy fontos dologban eltérnek a fizikai-kémiai rendszerektől. Az élő sejtek membránjaiban ionpuinpák működnek. Közülük. a minden sejtre jellemző Na^-K^-pumpák a le^elentősebbek. A Na''’-K ‘*‘-pumpa egy speciális ATP'áz endtn. amely akkor hasítja a sejten belüli ATP-t miközben saját fehérjéjét foszfori- lálja, amikor a sejt citoplazmájában nátriumiont köt incg. Akkor defoszforilálódik. amikora sejtmembrán külső felszínén káliumion kapcsolódik hozzii. A Na'* -K'* -pumpa (r>o.l. ábra) tehát Na*, illetve K* által aktivált ATP-áz enzim. A sejtek többségében úgy működik, hogy egy mól ATP hidrolízise során 3 mól náti iumiont távolít el a sejtből és 2 mól káiiumiont hoz be a sejtbe. A pumpa működésének eredményeképpen végül is egységnyi idő alatt pozitív töltésű ionokat veszít, és a folyamat jelentősen hozziijáiiil a membránpotenciái kialakuláshoz. A sejt a folyamatot ..nem azéit csinálja” , hogy membránpotenciái alakuljon ki. Ez csak a következmény. A sejt ezzel a folyamattal ellensúlyozza a sejtből kijutni nem képes nagyobb méretű molekuláinak ozmotikus hatásiít. nzaz víz* szívó erejét. Hiányában a sejtek vizet vennének fel és kidurrannának.

O A programozott és a nem programozott sejthalál közötti különbségA pro^amo/ott sejthalál (apoptózis) a sejtek genetikailag meghatározott elpusztulása. Tágan értelmezve: az élő sejtek élete véges, élettortaiuuk az evolúció során alakult ki. genetikusán kódolt. Például a bélnyálkahártya sejtjei kb. 3 napig élnek, a vörösvérsejtek 3 hónapig, egyes idegsejtek életünk végéig. Szűkebben értelinezve: legnagyobb jelentősége az egyedfejlődés során, valamint az immunrendszer megfelelő működésében van. Az ilyen típusú sejthalálra jellemző, hogy a sejtek összezsugorodnak, a sejtmagban a kromatináUomány kicsaixklik. a DNS működésképtelenné válik és feldara- bolódik. a sejtmag összezsugorodik. A sejtmembrán nem sérül meg, fehérjék nem kerülnek ki belőle. Ennek megfelelően immunogén hatása nincs, a makrofág fagociták könnyen bekebelezik őket. A jellegéből következik, hogy energiaigényes, szabályozott, kontroll alatt lezajló folyamat. A nem progrdiiio/ott sejlhalál a sejtek idő előtti pusztulása sérülés vagy egyéb okok miatt. Ilyenkor a sejt megduzzad, a membránok megsérülnek, az anyagok a sejtek közötti térbe keiülnek. gyulladás lép fel. tehát immunogén hatással}ár. A működés zavara például. h<í a hibás vagy elöregedett sejtek nem pusztulnak el, ez daganaUfkat eredményezhet.

CÍT0PLA2MA

60.1. A z aktív transzport folyamata (Na'*‘-K '* ’-pumpa)

6 2 ÉLETKÖZÖSSÉGEK

1 2 . A populáció


O Ism ertesse a populáció ökológiai és genetikai értelmezését.

© Ism ertesse a populáció egyedszám ának korlátlan és korlátozott növekedési modelljeit, értelm ezze a környezet eltaitóképességének fogalmát.

© M ondjon példát hirtelen elszaporodó (gradáció). majd összeomló létszámú populációra. Ismertesse ezek mezőgazdasági szerepét (pl. sáskajárás), a védekezési módjait, a biológiai védekezés előnyeit.

O É itelm ezzen emberi korfákat, vonjon le belőlük következtetéseket.

EMKI>T SZINTŰ követelm ény:

© E itelm ezze a statisztikus m egközelítés, a valószínűség, az előfordulási gyakoriság fogalmái.

O Ism ertesse a populáció je llem ző it (egyedszám , egyedsum ség, koreloszlás, térbeli eloszlás).

© Hozza összefüggésbe az r- és a K-stratégia fogalmát a környezet állandóságával, az élőlény élettartam ával és testnagyságával. M agyarázza ezeket grafikus ábrán.

o A populációA |>opijláció egy fajhoz tailozó egyedek tényleges szaporodási közössége. Másképpen fogalmazva; az egyszen^e. egy időben, ugyanazon az élőhelyen élő, egy fajhoz taitozó egyedek Összessége. Jellem zői: az egyedek száma, az egyed sűrűség (db/terület vagy térfogategység), az ivararány (hím : nőstény) és a koreloszlás.

A populációk genetikai jellemzőiA populáció genetikai jellem zője azt jelenti, hogy egy populációban - legalábbis elvben - m egvan a lehetőség arra, hogy bárm elyik hím egyed bármelyik női egyeddel párosodjon. A zaz biztosítva van a szabad génm ozgás valam ennyi ivarérett egyed között. Ezen az alaptételen nyugszik a H anly-W eiiiherg- szoháfy. am ely az allélgyakoriság változását fogalmazza meg az egymást követő nemzedé- kekben. Éppen a szabad génmozgásból következik a szabály lényege: egy ideális populá-cióban (azaz am elyben bárm elyik hím egyed 62.1. Agcnoiípusokclófo.dulási.különbözőallclgy;dio- bárm elyik nősténnyel párosodhat, nincs alléi riságok esetén

1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.S 0.4 0.3 0.2 0.1 0 9(3)

A POPULÁCIÓ 6 3

ki- vagy beáramlás és nincs m utáció sem ) a vizsgált alfélok gyakorisáffa nem zedékről nem zedékre á llandó marad. (62.1. ábra)

O A populáció korlátlan és korlátozott növekedési modelljeEgy populáció mérete nem állandó, változását az egyedszám időegység alatti változásával fejezhetjük ki.

M inden populáció i^ndelkezik egy |)otenciáIis szaporodóképességgel, amely a populáció által elérhető legnagyobb utódszám ot biztosítja abban az esetben, ha az utódok létrejöttét és fejlődését semm ilyen külső vagy belső tényező nem zavarja. Ez az utódok utódjaira is vonatkozik. azok is m ind felnövekednek, és m axim ális utódszám ot produkálnak. Ilyen helyzet figyelhető m eg kezdetben m esterséges köm lm ények között például akkor, ha egy papucs- állatka-populációt telepítünk egy egyéb élőlényeket nem taitalmazó tápoldatba. Az egyedszám m eredeken em elkedik, ennek m egfelelően a szaporodási görbe is m eredeken em elkedő, exponenciális. Term észetes körülm ények között hasonló folyamat zajlik le például egy pocsolya benépesítésekor a kezdeti időszakban.

A term észetben a potenciális szaporodóképességgel szemben a populációk egyedszám át a reá lis szapo rodóképességük fogja m egszabni. A reális szaporodóképesség grafikus ábrázolása esetén korlátolt növekedésű, logisztikus görbét kapunk (63.i.úi>r«i). Ez azt jelenti, hogy például egy pocsolya benépesedése esetén egy vizsgált populáció egyedszám ának növekedé.se lehet ugyan kezdetben m eredeken em elkedő, hamarosan azonban a növekedés ütem e c.sök- ken. majd a populáció beáll egy állandó egyed- számra. A populáció ugyanis kimeríti a környezete erőforrásait, m iközben az elpusztuló egyedek szám a nő. Azaz a kezdetben m eredeken em elkedő görbe (potenciális szaporodóképesség) fokozatosan közelíteni kezd egy olyan egyedszám hoz. am elyet a környezet még „eltart” , egyensúlyban tud mcuadni a környezetével (reális szaporodóképesség). A kialakuló egyensúly dinamikusy minden további egyedszám -növekedésre a populáció egyed-szám -csökkenéssel válaszol. 63.1. A popuhtciók növekedési görbéi

Az eltartóképességA populációk egyedszám a a születések számának megfelelően növekedik, a halálozások következtében pedig állandóan csökken. A két ellentétes folyamat eredm ényeképpen azonban a populációk méretére az á tlag o s popu lác iónagyság jellem ző, am ely megfelel a környezet eltartóképessége (K) által szabott feltételeknek. Egy adott tem let egy vizsgált populációra vonatkoztatott eltailóképessége több tényezőtől függ. Egyrészt befolyásolják a fajon belüli, az egyedek konkiirem'iaharcában\Q\QX\K\iQz6 tényezők. Ezek a rendelkezésre álló környezeti erőfonásokat: a tápanyagot, d fészkelóhelyekets a vadászterületeket, a píhválasztáshan je len tkező vetélkedést stb. jelentik. M ásrészt az eltaitóképességet befolyásolják a populációk kö-


zött fellépő kölcsönhatások is. így a predáció (a természetes ellenségek gyakorisága), a kom- m enzafista kapcsotatoks valamint az egym ást segítő formák, a szim biózis (m utuativuus) különböző lehetőségei (például a megpoi zásban) is.

O A g rad ác ió

Egy populáció egyedszám ának növekedése a kőiül m ények kedvező alakulása esetén túl- szaporodáshoz vezethet. Ez a g radáció jelensége. G radáció egyes algák váratlanul gyors elszaporodása egy tóban, a levéltetvek tö meges fellépése vagy egy sáskajiíiás. Ilyenkor a populáció egyedszámának változása - a po- tenciális szaporodóképességben rejlő lehetőségek realizálódása következtében - kezdetben korlátlan, exponenciális növekedést mutat. Ez az úgynevezett kitörési szakasz, am ely után rendszerint gyors összeom lás következik be (6 4 .i .á i» i-a ) . A populáció nagy halandóságát a táplálékhiány, a term észetes ellenségek elszaporodása, valamint az utódok életképtelensége egyaránt okozhatja.

A b io ló g ia i védekezés

A biológiai védekezés az em ber szem pontjából kártevő növények és állatok pusztítása a term észetes ellenségeik ésszerű alkalm azásával. A biológiai védekezés széles skálán mozoghat. Legegyszerűbb form<íjában végrehajtható például a rovarkártevők fenuészefes ellenségeinek (énekesm adaraknak) a védelmével és életfeltételeik javításával. Az idegen tiíjakról behurcolt kártevők ellen alkalm azzák a term észetes ellenség betelepítését és elszaporítását. Például Észak-A m erikában az Európából behurcolt gyapjaslepke (6 4 .2 . áhra) elleni védekezéshez m esterségesen telepítették be az aranyos bábrabló (6 4 . . ) .á h n i) nevű futóbogarat (mintegy 20 000 példányt eresztettek szabadon). Hazánkban eredményesen alkalmaznak egyes egysejtű élősködőket a csípőszúnyogok elleni harcban. A z élősködők a szúnyoglái vákat pusztítják el.

64.2. Gyapjaslepke 64.3. Aranyos bábrabló

A POPULÁCIÓ 6 5

Magyarország (2008)

4 2 0 0 2 4fia összn«p»sség %-ában

65.1. Populációk korösszelétele

Venezuela (2005) korcsoportok (év)

■ íi- _ i n-7* _5 ÍM9 ~B

s S5-»

^ ^ 5 35-39

25-29 ^ ^ 5 20-»^ ^ 5 lS-19

10-14 S-9(M _________

r X T6 4 2 0 0 2 4

Az összítépesség %-ában

Dél-afrikai Kíztársaság (fehérek) (2005) < « v )

4 2 0 0 2 4 6 Az ússznépesség igában

O A korfaA populációk fontos jellem zője a beletailozó egyedek koreloszlása. A k o r ta k (65.i.ábni)a koreloszlást, azaz az egyes korcsoportok arányait ábrázolja egy populáción belül. Az adatokból következtetni lehet a populáció fejlődésére (terjeszkedés) vagy visszaszom lására. Az emberi ko ifák egy-egy közigazgatási egység (ország, város) lakosságának életkori tendenciáit tükrözik. Hagyom ányosan a vízszintes tengelyen tüntetjük fel a korcsoport % -os arányát, a függőleges tengelyen pedig a korcsoportokat. A függőleges tengelytől jo b b ra a nők. balra a férfiak %-os aitínyát jelöljük, egy korcsoporton belül. Ha a korfa körberajzolva „piramisszerű". akkor a populáció fiatalodó. Ha „hasas” , akkor egyensúlyban van. Ha felfelé szélesedik, a populáció elöregedő (65.2. ábra).

«v 6v tv90 90 90

6S 6S 65

15 IS

fatabdO (pirvni$(orma)

65.2. A k o re lo sz lú s típ u sa i

siaM (harangforma) oregeM (umilorma)

O Statisztikus megközelítés, valószínűség, előfordulási gyakoriságEgy populiíciórií jellemző tulajdonsiigok a populációk egyedeiben jelennek meg. Egy természetes po- pulációbitn az egyedek csak nagyon kevés tulajdonságukra nézve egyfonnák. Általában bánnelyik tulajdonságukat is vizsgáljuk - meghatározott aiányban a vizsgált tulajdonságni nézve eltérő egyedek is akadnak. Éppen ez a .sajátossága teszi a popuhíciókat evolúcióképessé. Az eltérő tulajdonságokat eredményező génváltozatok a populációban nemzedékről nemzedékre megvannak, azonban „vándorolnak”, migrálnak a populáción belül. A párosodiistól függően bukkannak fel az utódokban. A tulajdonságok megjelenése a statisztikai valószínűség szabályai szerint becsülhető meg. A tulaj-


donNÚgok előfordulási gyakorisiíga ugyanis (ideális populációban egészen biztosan) nem fog változni. Ez a Hardy-Weinberg-szabálybóI következik.

O A populáció jellemzőiA populációk nagyságát az c^vcdck s/^niáva! jellemezhetjük. Ennél azonban sokkal többet mutat a populáció cí*yed.sűrűscí*e. amely a populáció egyedeinek az egységnyi teiülclen való előfordulását adja meg. Mind az egyedsz«tmot. mind pedig az egyedsűixíséget a születések. elhaláloz<ísok, bevándorlások és az elvándorlások folyamatosan változtatják.

A populáció terheli clos/Jása nic^iiulatja. hogy az egyedek miként népesítik be a rendelkezésre álló temletet. Megkülönböztetünk szohályos (egyenletes), véletlenszerű, illetve csojntrlos (felhalmozódó) elrendeződést (66.1. át>ra). Szabályos, ha a szomszédos egyedek távolsága közel iizonos. (Például ha territoriális a viselkedésük.)Véletlenszerű az elrendeződés akkor, ha a populáció élőhelyi tulajdonságai egyenletes eloszlásúak, és a populáció ta^ai között nincs itllandó kölcsönhatás. (Például a populáció nagyon kis egyeds2uünú.) Az ilyen véletlenszerű populációelrendeződés ritka.A csoportos eloszlás leginkább a szaporodási sajátosságokkal, illetve a környezeti tényezők egyenlőtlen eloszlásával magyiuázható.A tennészetes populációk egyedei különböző korúak. A korelos/lást (a populáció időmintázatát) diagramon is ábrázolhatjuk. Ebből következtethetünk a populáció életképességére, azaz lehet stabil, öregedő vagy fiatalodó a populáció. (65.2. Hhm)

O Szaporodási stratégiák: r- és K-stratégíákEgy-egy élőhely meghódításáén vagy megtiulásáért különböző sza|M>rc>dásí stratégiák alakultak ki az evolúció folyamán, amelyek alapvetően két csoportba sorolhatók.

Az egyik csoportot iizok a popuhkiók képezik, amelyek szaporodási stratégiájukban a potenciális s2Uiporodóképességük adta lehetőséggel élve. a gyorsan változó eltartóképességet kínáló élettereket népesítik be. Egyedfejlődési életciklusuk rövid, több nemzedék is gyorsan követi egymá.st és nagyon sok utódot hoznak létre. Szaporodásmódjuk gyakran ivartalan (például az ízeltlábúak esetében szűz-

■99

9999

99999999999

999

9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9

66.1. A popuhiciót alkotó egyedek léibeli cioszlásitnak főbbtípus<ii: csopoilosuló (/\).egycnlcles (Zf) és véletlenszerű ( O

A POPULÁCIÓ 6 7

67.1. Egy r-str<itcgi.sta faj: inczcl pocok 67.2. Egy K-slratcglsta faj: kai'valy

neinzés). Ennek ellenére létszíímuk csak nagyon ritkán használja ki az élőhely eltailóképességének felső haliü'át. ezek az r-slralcjíislák. A sivéitagí lemlelek rövid életciklusú növényei, a pocsolyák ágas- csápú riikjai, a levéltetvek. a rágcsálók jelentős része stb. az r-stratégisták közé tartozik (6 7 .1 . á b ra ) .

A má.sik csoportot képező K«slralé{^sták a stabilabb, kevésbé változó kömlinényeket kínáló életterek populációi, amelyek lényegesen kevesebb utódot produkálnak. Azok egyedfejlődési életciklusa hosszú, és a populáció gyakran maximálisan kihasználja a környezet eltaitóképessége által kínált lehetőségeket. K'strdtégisták például a fák és a nagy testű emlősök stb. Szaporodásukra az ivaros szaporo* diis és az utódokról való gondoskod<ts (költés, szoptatás stb.) jelleinző. Utódsz<tmukat a testtömeg is meghcitározz^i. a nagyobb tennetűek populációinak fenntartásához elegendő egy-két utód. míg ugyanabban a rokonsági körben is a kisebb tennetűek utódjainak sz«íma lényegesen több. Például a parlagi sas 1-2, a karvaly (6 7 .2 . ábra) 4-6 , a széncinke 8-10 fiókát nevel fel.

TeiTTiészetesen a két alapstratégia között sok az átmenet. Például a rovarok között is számos K-sti'd- tégistu akad. Például a hazai cincérek közül sz<Ímos faj kevés petét rak, azokat azonban a nőstény egyenként, gondosan kirágott résbe helyezi a tápnövény bőrszövete alá. Vannak olyan kerekesféreg fajok, amelyek a kisebb állóvizekben először r-stratégistaként szűznemzéssel rendkívül gyoixan .szaporodnak. majd amikor a populáció egyedszítma elérte az élőhely eltailóképességének felső határát, ivaro.s sziiporodásra térnek át, és csak kissziímú utódjuk lesz. (67.3. ábra)

egyensúlyi ib p o t nincsA csiiupaoa reigeshez rosom M n

be az egyensúly

k>6

67.3. Szaporodási és cicivilcli stratégiák: r-stratcgia (A). K-slra(égia (B)


1 3 . A környezeti kölcsönhatások


O Ismertesse a környezet fogalmát (élettelen és élő), a környezet időbeli (periodikusan előrehaladó) és térbeli (horizontális, vertikális) változását.

O Éitelm ezzen tűrőképességi görbéket: minimum, maximum, optim um , szűk és tág tűrés.

0 H ozza ezeket összefüggésbe az indikátorszervezetekkel.

O Esettanulm ány alapján ismerjen fel összefüggéseket a környezet é s az élőlény tűrőképessége között.

EMKI.T SZINTŰ követelm ény:

© Ism ertesse a környezet kitettségtől függő változását.

© Eilelm ezze Liebig [líbig] kísérleti eredm ényeit (minimumelv).

O Ism ertesse a niche [nis] fogalmát. M agyaiázza meg az élettani és ökológiai optim um , az élettani és ökológiai niche közötti különbséget.

© Ismertesse és magyaiázza a hasonló igényű populációk kizáiódásának elvét (Gauze-elv). H ozza összefüggésbe az elvet a biológiai sokféleséggel és az evolúciós folyamatokkal.

© Ismertesse a testtömeg, a te.stfelület és az élőhely átlaghőmérsékletének az összefüggését.

O A biológiai környezetM indaz ami az élőlényeket köililveszi. a környék (miliő). A környék szám os összetevő eleme közül iízonban nem m indegyiknek a m egváltozása fenyegeti a populáció létét, illetve nem m indegyik módosítja annak viselkedését vagy életm űködéseit. Közülük csak azok képezik az ökofógiai környezetet, amelyek az adott élőlényre ténylegesen is hatnak, azaz, amelyek m egváltozására valam ilyen módon reagál az élőlény.

Például H nappali pávaszein hernyója csalánon él. Ha egy árokszéli mezsgyén a csalánt teljesen lekasz<íl- Ják, akkor erre az azon tenyésző nappali pávaszein populáció „úgy reagál”, hogy eltűnik, mert már nincs a hernyóknak megfelelő táplálék. A csalán tehát az adott élőhelyen kömyezeti tényező a nappali pávaszem számárul. Ha szelektív gyomirtóval az egyszikűeket ugyanerről az árokszélről kiirtják, az a nappali pávaszem populáció számára közömbös. A pázsitfüvek tehát csak a kömyék, de nem a környezet elemei a lepkefaj számára.

A biológiai környezet élő és élettelen összetevőiA környezeti tényezők lehetnek é le tte len ek (ab lo tikusak ), és lehetnek élők (b ío tik iisak).

Ahiotikus környezeti tényező a fény, a hőm érséklet, a csapadék, a talaj összetétele, tulajdonságai. a levegő összetétele, a légm ozgás, a vízellátottság stb.

A hiofikus környezeti tényezők az egy élőhelyen élő populációk egym ásra gyakorolt hatásait jelen tik . (69.1. ábra)

A KÖRNYEZETI KOLCSONHATÁSOK 6 9

69.1. Környezeti tényezőik

A környezet időbeli (periodikus és előrehaladó) változásaiA biológiai környezet élettelen és élő tényezői (összetevői) soha nem állandóak, folyamatosan változnak. Ez a változás lehet rövid ideig tartó és periodikusan ism étlődd, és lehet hosszabb ideig ta iló folyam at, am ely során a környezeti tényezők lassan, de tartósan változnak meg. A tartós változás mindig egyirányú folyamat.

Periodikusan ism étlődő rövid ideig taitó változás például a fénym ennyiség változása egy nap alatt. A mi éghajlati viszonyaink jel lemzője, hogy pirkadattól a fény mennyiség (és a fény- intenzitás) egyre nő. Délután fokozatosan csökken a fénymennyiség, é s éjjel éri el a m inim umot. Ugyancsak periodikusan zajló, ám hosszabb ideig tart az évszakok változása a mérsékelt éghajlati övben. Ez a fénymennyiség, a hőmérséklet, a vízellátottság stb. együttes változásával jár. A környezeti tényezők periodikus változása alakította ki az evolúció folyamán az élőlények napi és évszakos r itm u sá t (aszp ek tu so k ). am ely genetikusán is rögzült (69.2. ábra).

TAVASZ NYÁR

berki ' ' ' ódras*"^ barackléVelűszeLL^rózsa keltíke harangvirág ~ '

69.2. E g y gycrtyiínos-tölgyes iiszpektusiú

aggófŰ^ ' liéküstökű

csormolya


I

bokor-"nya vegetáció ny«

0yepttrsU» (nMttrsittspionir ült

t^sutis gytptarsulás

70.1. A szukcesszió folyamata

staMz MdoaetOÖUrsutts

m

O - > < Tr . -------------------------------------- .O:,

70.2. A talaj módosulása a szukcesszió során

A környezeti tényezők folyamatos változá.sa zajlik a szukcesszió előrehaladtával is. A pionír tili sulásoktól a zárótársulás felé haladva egyre fajgazdagabb lesz a kialakuló új társulás (70.i. ábra).

Példiíul a homoki gyepek szukcessziója pionír (d tápanyagban igen szegény homokon elsőnek m egtelepedő) moha- és zuzm ófajokkal kezdődik. Őket az egyéves homoki gyep követi, je llemző növénye például a fedél rozsnok nevű fűfaj, a királydinnye és a báránypirosító. A tápanyagban egyre gazdagabbá váló talajon az egyéves homoki gyepet évelő homoki gyepek követik, ezek legfőbb növénye a magyar csenkesz. A gyep egyre záitabb lesz, és kialakul a ho- mokpusztárét. Legfőbb növénye a homoki árvalányhaj. Egyre több növény telepszik meg. például szegfüvek. M egjelennek az első fák, például a fehér nyár, és a gyep lassan beerdősül. A nyílt homoki erdő uralkodó fafajtája a kocsányos tölgy, ez a Zí/w7íír.s7//«.v jellem ző fája is. A gyepszintre jellem ző lesz a sok gyöngyvirág. A szukcesszió előrehaladásának legfőbb oka a ta la j szerkezetének és összetételének folyamatos változása, hiszen tápanyagban egyre gazdagabb lesz (70.2. ábra). Ezzel egyidejűleg nő benne a kolloidális összetevők aiánya, maga után vonva i\ talaj vízforgalmának változását is. A társulások d ív e rz ítá sán ak növekedése az élő környezeti tényezők (az újabb fajok megjelenése miatt) kapc.solatrendszereit is alapvetően megváltoztatja.

70.3. Mintázott egy mezőn 70.4. A szintezetfseg egy lombos erdőben


A környeze t té rb e li (h o rizo n tá lis és v e rtik á lis ) vá ltozása i

A környezeti tényezők vízszintes (h o rizo n tá lisan) és függőleges irán y b an (vertiká lisan ) (71.1. ábra) is változnak. V ízszintes iráaiyban e ltérő lehet a talaj összetétele, kém hatása, tápanyagtartalm a. Ennek m egfelelően más és más növényfajok lesznek a meghatározóak rajta. E z alakítja ki a tái sulások jellegzetes m in táza tá t, ami már a biotikus környezeti tényezők megváltozását jelenti. Hasonlóan más környezeti feltételeket je len t horizontálisan egy tó nyílt víztükre a part menti gyökerező hínárosokhoz vagy a partot szegélyező nádasokhoz képest. Függőleges irányban is mások és m ások az abiotikus környezeti feltételek, am elyek kialakításában az élővilág is hatékonyan részt vesz.

Színt Fény-Intenzitás

Relatívpára-

tartalom

Legalacsonyabb

évihőmérséklet

lomb felett 100% 65% -9.4 *C

lombkorona 30% 67% -16.1

cserjeszlnt 25% 73% -14.5“C

gyepszint 20% 75% -11.9’ C

avarszínt 15% 78% -8,3 X

talajszint 0% - O X

71.1. A környezeti tényezők változilsij egy cseres-tölgyes színijeiben

O T űrőképesség

A populációknak azt a sajátosságát, hogy a környezeti hatásokat éi'zékelik és azokra l eagálnak, tű rő k ép esség n ek (71.2. áhm) nevezzük.

A környezeti tényezők populációkra gyakorolt hatása grafikusan egy m aximumgörbével szemléltethető. Ez egy függvény képe (y = /x/), amelynek x tengelyén valamely vizsgált tényező m éitékét - a pH-t. a fény erősségét, i\ levegő relatív páratartalm át stb. - vesszük fel. A populációk előfordulása, egyedszám a, szaporodási képes.ségük m értéke, „kom fortéraésük” és minden olyan viszony „y” változó lehet, amely a populáció jellem zésére szolgál. A vizsgált környezeti tényező még éppen elviselhető alsó tűréshatára a n iin in iiiin p o n t. a felső tűréshatára pedig a m ax im um pont. A két szél sőérték közé esik az ökológiai op tim um . Itt a legkedvezőbbek a feltételek a populáció számára. A szélsőértékek közelében a populációk létezési

Mefleveicenys6g

71.2. A tűrőképesség

a környezeti ttnyeió mérttfce

71.3. A z élőlények tűrőképességének médéke


lehetőségeik határún vannak. A még elviselhető, de kedvezőtlen - a m inim um pont, illetőleg a m axim um pont közelében lévfí - két tailom ány az ökológiai ]>e$szimuni.

Például a sárgagyűiaís hegyiszitaköto lárvája csak a gyors folyású, oxigénben dús vizekben él. A patakok alsóbb, lassú vizű szakaszairól, ahol az oldott oxigén m ennyisége egyre kevesebb. fokozatosan eltűnik.

A tűrőképességet minden környezeti tényezőre külön-külön kell vizsgálni, hiszen a különféle populációk m ég az azonos környezeti tényezőket is m ásképp tűrik. Például a mocsári gólyahír szám ára ökológiai optim um ot je len tő vízellátottság, a száraz sziklagyepekben élő füiiös gyöngyike számára m ár m eghaladja a maximumpontot.

A m elyik tényező értékváltozásait tág határok között elviselik a populációk, an a nézve tág- tu résu ek . Például a hőmérsékletre tágtűrésű a tigi is. mert Szibériától az Egyenlítő menti ázsiai esőeidokig egyaránt előfordul. A levegő páratartalm ára nézve sz u k tű ré sű a foltos m aláriaszúnyog, mert csak a 85% feletti páratartalm ú környezetet képes elviselni. (7i..^ái>ra)

O Az in d iká to rsze rveze tek

Azok az élőlények, am elyek egy-egy környezeti tényező éitékváltozásait csak szűk határok között képesek elviselni, sz ű k tű ré sű e k . az adott tényezőre nézve specialisták. Az ilyen fajo k előfordulásukkal jelzik az adott környezeti tényező értékét, ezért liid iká to rszervezetek . Az indikátor szó jelzést jelent, az indikátorszervezetek valamilyen környezeti tényezőt egyértelm űen jeleznek. azaz im /ikálnak. (72.i.ábra)

Az erdei m adársóska vagy a fehério vánkosm oha csak savas pH-jú talajokon tenyészik. A beléndek és a csattanó m aszlag csak nitrogénben gazdag talajokon él meg. a nád megjelenése magas talajvízszintre utal. A gím- páfrány kizárólag az állandóan nedves m észkősziklákon fordul elő. A mohák többsége szintén szűktűré.sű a talaj összetevőivel szemben, így sok közöltük az indikátornövény.A zuzm ók pedig a levegő kén-dioxid-tartal- mára éi'zékenyek. ezéit elpusztulásukkal vagy v isszaszorulásukkal a levegő szennyezettségét je lzik .

72.1. A sebes pisztráng jelenlétéből ü v íz magas oxigén- tuit tlin 'uit lehet következtetni

O A környezet kitettségtől függő változásaiA környezeti tényezők mértéke a különböző, egymás közelében lévő élőhelyeken más és más lehet az élőhely lekvésélől - kitettségclől - függően. A déli Ickvcsű lejtők, domboldalak az északi félteken több napsugilrziíst kapnak, mini tíz észiiki lejtőkön levők, ezért általában kedvezőbbek a fényviszonyok, és jóval melegebbek is ezek a területek. A kitettség széluyi védené tehet élőhelyeket, ezért a szélirányban fekvő élőhelyekhez képest nehezebben száradnak ki, illetve a szél kedvezőtlen hatásai is kevésbé érvényesülnek (erózió, fák széltörcse. gyakori „.szélnyomás” stb.). A kitettség befolyjlssal van a gyorsan ieziululó csajHidékvizek hatásaira is.


kontro ll Cd Fc N

hiúny

73.1. Vízkultúii'is kísérlet (kontroll. P-, Ca-. Fe-. N- 73.2. A hordómodcll: a hordó űilartalinát a legrövi- hiány cselen) dcbb donga hati'uozza meg

O Liebig kísérleteA Licbig-tele niíníniunitörvény kiinondja. hogy a növények fejlődésének ütemét a rendelkezésre álló elemek közül mindig az szabja meg. amelyik a szükségeshez képest a legkisehh mennyiségben van jelen. Ezt Liebig ví/kuHiirás kí.scrlclekkcl igazolta. A vízkultúrás kísérletek nagyon jól használhatók a növények tápanyagigényének meghatároziísára. (73.1. ábr»)

A Licbig'fele ininimumtörvény jól modellezhető a hordómodeliel. Ha egy hordó dongái eltérő hosszOságúiik. a hordó űrtartalmát a legrövidebb donga fogja megsz;ibni. Azaz. hiába közelít a tápanyagok többsége az optimumhoz, ha akad közöttük olyan, amelyik a minimumhoz van közel. (Hiába biztosítjuk műtrágyával egyes tápelemek kellő adagját, ha egy másikból hiány van.) (7. .2.áhra)

O Az élettani és ökológiai niche közötti különbség

A niclic (ejtsd: nis) kifejezést ökológiai éilelemben először /luichinson [hacsinszn], amerikai hidro- biológus használta. A szó fülkét jelent. Eredetileg azt a ténylegesen is kijelölhető teret (térdaralx)t) éltették i'<ijta, amelyben az ökológiai környezet tényezői egy itdott fajm nézve a tűré.shatiiiokon belül vannak, azaz amelyeken egy adott populáció ténylegesen előfordulhat(na). Ez az élctlaiii (f1/iok>0aí) nk'hc. amely a környezeti tényezőkkel szembeni tűrőképességek genetikusán meghatározott értékeitől függ.

A valóságban (a természetben) azonban ezeket a nicheket a populációk csiik kis részben foglalják el. mert a sok hasonló niche-ü populációk között vetélkedés, konkurencia (kompetíció) zajlik, ezért minden populáció a sziím<ü a kedvező terek egy részéről klszoriil. Az ökol(>0ai niche az élettani niche- nek az a darabja, amelyet a populáció ténylegesen is (funkcionálisan) elfoglal. Ezért nevezzük koi-szerűen iiz ökológiai niche-t ökostátusnak. (74.2. nbra)

Például a haziíi erdőkben számos énekesmadár (csuszka, fakusz, széncinke, kék cinke stb.) él. Valamennyien rovarokkal táplálkozn<kk. Az evolúció során kialakult ökostátusuk következtében azonban mégsem jelentenek igazi konkurenciát egymásnak. A csuszka - mivel fejjel lefelé haladva is tud mozogni a fák kérgén - a más madarak által nehezen hozziíférhető zugok kéregrepedéseit tisztogatja meg táplálkozás közben. A fakusz ugyancsak a fák kérgén keresi a táplálékát, de csiik fejjel felfelé haladva képes mozogni, ezért más területeket ..lát be” , a kisebb ágakra pedig már egyikük sem tér ki. A cinkék viszont a fák koronájában az ágakon keresgélnek, a nagyobb tennetű széncinke az ágak kéregicpedéseiből. a kisebb kék cinke a vékony gallyakról szedi össze a tápUilékát.


O A hasonló igényű populációk kízárodásának elveEgy élőhelyen két j>opulácÍó ökostátusa soha nem egyezhet meg teljesen. Ha ez ií>égis bekövetkezik, például egy új populáció megjelenésével, akkor egyikük rövid időn belül kiszorul az élőhelyről. Ez a (>aii/c*törvcny. Ezt tapasztalhattuk például a balkáni gerle hazai megjelenését követően is. A balkáni gerle a megegyező ökostátusú vadgerlét számos korábbi élőhelyéről teljesen kiszorította.

Az életközössegek működésében Is alapvető a biológiai sokféleség (biodivcizitás). Ez iiz evolúció egyik alappillére, hiszen a sokféle változ«itból a leginkább rátermettek választódnak ki. A környezet változiísa esetén iizok az egyedek mar<idnak meg és szaporodnak tovább, amelyek sziimára az új körülmények is megfelelőek. Nagyobb sokféleség esetén tennészetesen jobb az esély a fennmaradásra. Ez a folyamat az életközösségek szintjén is megmutatkozik: ha magasabb a fajok száma, való.színúbb, hogy akad olyan faj, amely a változilsok ellenére megmarad, „alkalmazkodik” a változásokhoz.

O A testtömeg és a testfelület arányaA hőliá/lartás szempontjából az állandó testhőmérsékletű állatoknál fontos a Icsltömcg és a Ifst- fciület aránya. A nagyobb testtömeg a hőtermelés. a nagyobb testfelület pedig a hőleadás szempontjából kedvezőbb. Mivel a testfelület a testnagysiig négyzetével, a téifogala pedig <mnak köbével iu-ányos, a hidegebb teiületen előnyt jelentett az evolúció során a nagyobb tennet. (Pl. a pingvinfajok testmérete, amely az Egyenlítőtől a Déli-sark felé haliidva egyie nagyobb.) (74,1 . ál)ra)

uo120

100

»eo4020

A*0 10 20* 50* 60* n * aw uii»»g

74.1. A pingvinek testméretének alakulása

74.2. Egyes ökológiai nichc-kct bclöllő m;idiiraik a vízpmion: énekes poszáta M), nádirigó (li). szürke gém (Q, bariízdabillegető (/)), tőkés réce (I£), biuánéce (/'*), kontyos réce ((}). búbos vöcsök (//), küszvágó csér (/), füstifecske (J)

AZ ÉLEneiEN KÖRNYEZET LEGFONTOSABB TÉNYEZŐI 7 5

1 4 . Az élettelen környezet legfontosabb tényezői

KÖ/KPSZINTÜ követelm ény:

O Példákkal igazolja, hogy az élettelen környezet legfontosabb tényezői - a fény, a hő, a víz, a levegő és a talaj - hogyan szabják meg az élőlények elterjedését.

o Ism eitesse a talaj kialakulásának feltételeit.

o Ism eitesse a trágyázás jelentőségét, a szakszerűtlen m űtrágyázás lehetséges következm ényeit.

O M utassa be példán, hogy egy faj elterjedését több környezeti tényező is befolyásolja.

0 M agyarázza a peszticidek, m érgek felhalm ozódását a táplálkozási láncban.

O E gy-egy példa a rra , hogy a fé n y , a hő, a víz, a levegő és a ta la j hogyan be fo lyá so lja az é lő lé n ye k e lte rje dé sé t

A növények és az állatok többsége m eghatározott fénym ennyiséget igényel élete (egyedfejlődése) folyam án (75.1. ábr»). Például a pázsitfüvek magjai csak fényben csíráznak ki, ezélt kell a talaj felszínéhez közel vetnünk a fűmagot. A hosszií nappalos növények (ilyen például a rozs) nem virágzanak és nenn hoznak term ést, ha a m egvilágított órák szám a az arra éi'zékeny egyedfejlődési peiiódusában nem haladja meg a 12 órát. U gyanakkor számos fénykemlő gerinctelen (például vakrakok. egyes barlanglakó bogaiak) a tartós fényben elpusztul.

A hőm érsék le t szempontjából szűktűrésű fajok csak a tűrőképességüknek m egfelelő hőmérsékleti intervallumban képesek megélni. Például csak az állandóan meleg (kb. 25 ®C-oíí) termálvizeinkben maradi fenn a védett m elegkori reliktum csigánk, a fekete csiga. Ehhez hasonlóan a kizárólag hideg tengerszemekben élő alpesi vízicsiga fajok csak a 10 hőmérsékletű vizekben élnek meg, a langyosabb vizű akvárium okban - még ha a vizüket oxigénnel dúsítjuk is -h a m a ro sa n elpusztulnak.

A levegő vízgőz- vagy p á ra ta r ta lm a fontos ökológiai faktor. M inden hőmérsékleti értékhez tartozik egy m axim ális légnedve.sség.

400 nm hullám hossz 700 nm

f éllll l

1 5 0 m

75.1. Különböző növények fénytűjő képessége (igénye)


am ely víz g/m^-ben megadott telítési m ennyiséget jelent. Az állatok egy jelentős hányada szűktűrésű a levegő párataitalm a szem pontjából. Ezek csak ott fordulnak elő (és csak akkor aktívak), ahol a levegő vízgőztailalm a magas. Ilyenek például a kétéltűek, a csigák nagyobbik része és a szúnyogok.

A vizek elsősorban a hő m érsék le tü k és a bennük lévő o ldott any ag o k révén szabják meg a vízi populációk életfeltételeit. Fontos tényező példáiul a viz^k oU htt sótartalma. A tengerek oldott sókoncentrációja átlagosan 34,7 g/lOOOcm-^. Az édesvizek sókoncentrációja mindössze 0.003V^c. A z édesvízi halfajok csak az alacsony sókoncentrációjú vizekben, a tengeri fajok csak a magas sókoncentrációjú vizekben képesek megélni.

A ta la j tulajdonságai közül elsősorban a kémiai sajátosságok fontosak. Közülük a k ém h a tá s az egyik legfontosabb jellem ző. A talaj pH-ja 3-11 intervallum ba eshet. Példiiul a talajlakó tőzegm ohák kizárólag 3 -5 pH közötti talajon fordulnak elő, m íg a kam illa vagy más szikes talajokon élő fajok szám ára csak a lúgos tartom ányba eső (pH 8 -1 0 közötti) élték az elviselhető.

FIZIKAI XlAlXAS

KHMIAI MÁLLÁS

BK>LÓCIAI MÁLLÁS

76.1. A Utbj kialakuiásitnitk folyamata

AZ ÉLEneiEN KÖRNYEZET LEGFONTOSABB TÉNYEZŐI 7 7

O A ta la j k ia laku lásaA ta la j kialakulása az onyakőzetek nufl/ásával kezdődik. Az átalakulás jellege szerint m egkülönböztetünk fizikai mállást, kémiai m állást és biológiai mállást. (76.1.úhnt)

A fiz ikai m állás során a kőzet csupán aprózódik. Az aprózódiís energiája származhat a rétegnyom ás csökkenéséből, a hőm érséklet iugadozósáhól, az ennek következtében fellépő fagyhatásokból, a víz, a jé ^ , a szél koptató ha tásábó l valamint a sókrístáfyok növekedése következtében fellépő feszítő hatásból is.

A rétegnyom ás csökkenése akkor lép fel. ha valamilyen hatás következtében a korábban nyom ás alatt lévő, mélyebben fekvő kőzetek felszínié kerülnek. A terhelés alól felszabadult kőzetek kiterjednek, ennek következtében repedések jönnek létre rajtuk.

A hőm érséklet ingadozása következtében fellépő aprózódás oka, hogy a kőzetek rossz hővezetők. A felmelegedett felszíni kőzetrétegek kitágulnak, az alattuk lévők nem, ennek következtében egyes rétegek elválnak egym ástól. A repedésekbe beszivárgó víz megfagy, és a jég feszítő hatása tovább folytatja az aprózódást. A létrejövő kőzettörmeléket a szél, a víz, a jé g továbbsodorhatja, am elyek egym áshoz döi-zsölődve tovább aprózódhatnak.

A k é m ia i m á llá s során a kőzetalkotók már kémiailag is megváltoznak. Egyik form ája az oldás. Ennek során a híg vizes oldatok a kőzetekből különböző kémiai anyagokat oldanak ki. Legjelentősebb a mészkő és a dolomit szén-dioxid-tartalmú vízben tö ilénőo ldó dása. A fizikai és kémiai mállás eredm énye az agyagos kőzettörmelék.

A talajképződés harmadik fázisa a b io ló giai m állás. Ebben az agyagos kőzettörm eléken megtelepedő pionír szen>ezetek játszanak döntő szerepet. Elpusztult maradványai megkezdik a talaj szerves anyagokban való dúsítását, am ely kü lönböző m ikroszervezetek m egtelepedését teszi lehetővé. Az elpusztult élőlények szerves anyagai elbom lanak és hu- mus.^Zá alakulnak (77.1. úbra). 77.1. A tiilajkolloid

kvarc

O A trágyázásA trá g y á z á s (vagy talajerő-visszapótlás) azért szükséges, mert a term és betakarításával nagy mennyi.ségű tápanyagot vonunk ki a talajból. A tápanyagok pótlása a talaj termőképességének növelését eredményezi. A trágya lehet tennészetes vagy m esterséges. T erm észetes trá g y a az istáflótrágya, a kom poszt (a háztartás és az udvar szerves hulladékainak és a talajnak a keverékéből egy év alatt „beérik” ). T/iUhrágyázáskor a súiiln vetett pillangós virágú növényeket (herét, lucernát) virágzásuk után beszántják.

A m ű trág y á k nagyüzemileg előállított, vízoldékony vegyületek, am elyek a talajba keiülve felvehető form ában állnak a növények rendelkezésére. Ilyen a nitrogéntartalm ú ammónium- nitrát vagy pétisó, a foszfoilailalmú szu/yeifo.szfát és a káliumtaitalmú kálisó. Adagolásuk nagy


pontosságot kíván, mert elégtelen m ennyiség esetén a kívánt hatás elm arad, túladagolásuk pedig <1 vetem ényt veszélyezteti. A szakszerűtlen m űtrágyázás károsíthatja a talaj egészségét is. A term észetes vizek élővilágára ves.zélyes lehet a műtrágyák vízbe keililése. Ez bekövetkezhet a szakszerűtlen tárolás miatt, és a talajból is bem osódhatnak a vízbe. Ilyenkor m egnő a víz tápanyagtartalm a, eiifró f v ízzé válik. A magas nitrogén- és foszforszint kedvez a planktonszervezetek gyors elszaporodásának, ezzel azonban nem tud lépést tartani a nagyobb testű állatok lassúbb szaporodási ritm usa, és a planktonok fogyasztó hiányában elpusztulnak, majd a vízben rothadásnak indulnak. E z oxigént von el a vízből, ezért hulpuszulás következik be. A je lenség az eutrofízóció.

O Egy példa arra, hogy egy faj elterjedését több környezeti tényező is befolyásolja

A foltos m aláriaszúnyog csak közepes és magas átlaghom érsékletű és 90-100% -os páratartalmú élőhelyeken képes megélni. A trópusokon is csak ott je llem z6 . ahol a kél tényező egyaránt m egfelelő számára. A m ocsaras élőhelyeken ezért töm egesen fordul elő, ellenben az ugyancsak m egfelelő hőm érsékletű száiazabb szavannákról hiányzik.

- - A pesztícidek és mérgek felhalmozódása a táplálkozási láncbanA pesztíc idek alatt (szűkebben értelm ezve) a növényvédő szereket, vagyis a perm etezőszereket értjük. Ezek mindegyike - a bio növényvédő szerektől eltekintve (pl. csalánlevél ázalék) - m éreg az em b e r szám ára . Közös sajátosságuk, hogy — m egfelelően alacsony, de m ég hatékony koncentrációban használva- a növényi sejtek meghatározott idő alatt el- ^ bontják, hatástalanítják őket. Ezért a perm etezett növények előbb-utóbb egészségkárosító hatás nélkül fogyaszthatók.

A szerek egy ré.szét azonban az állati (em beri) sejtek nem olyan ütemben, vagy egyáltalán nem tudják lebontani, és a szervezetből W 'iÉfe is c sak lassan ürülnek ki. ilyenek például O a nehézfém sókat tartalm azó szerek és egyeshalogénezett szerves vegyületek (pl. a DDT). 78.1. A inéieganyiig koncentrálódása a táplálkoziísi Rendszeresen fogyasztva a mérgezett tápiá-lékot, az állatok vagy az em ber szervezetében az ilyen anyagok feU utím ozódm tk (7k.i. áb ra ),

és o tt tejtik ki hatásukat.A mérgek más módon, például ivóvízzel is bekerülhetnek a szervezetbe. A nehézfémsókkal

(higany, ólom ) szennyezett vizek méregtartalma az állati (és emberi) szövetekben felhalmozódik és lassan, de hatékonyan károsít. A felhalmozódott mérgeket (például tengeri halakban felhalm ozódott nehézfémek) tailalm azó állati hús fogyasztásával az em berben súlyos m érgezések vagy lassú, elhúzódó sorvadó je llegű megbetegedé.sek alakulhatnak ki.

♦

A VISELKEDÉS! KOLCSONHATÁSOK 7 9

1 5 . A viselkedési kölcsönliatások


O Ism ertesse a teiTÍtórium, a rangsor, az önzetlen és az agresszív m agatartás, a rituális hüic. a behódolás fogalmát, a táisas kapcsolatok, páiosodási rendszerek, csoportszerveződés, szaporodási viselkedés típusait. Tudjon ezekre példát hozni, illetve példákból ism erje fel ezeket.


O Példákon keresztül m utassa be az állatok és az em ber kom m unikáció ja közötti különbségeket, az emberi nyelv sajátosságait.

0 Ism ertesse az agresszív és önzetlen viselkedés kialakulásának csoportszelekciós és rokonszelekciós hipotéziséi. A lkosson vélem ényt az em beri agresszivitás eredetéről, szerepéről, kiváltó okairól, m egszüntethetőségéről.

O A te rr itó r iu m , a rangso r, a r itu á lis harc és a behódo lás fo g a lm a

A te r r i tó r iu m az a tenilet, am elyet az egyed vagy csoport kizárólagosan használ és akár agresszióval is megvédi fajtáisaival szemben.

A ra n g so r az egyedek hierarchiája, azt biztosítja, hogy a csoportban élő állatok az erőfoná- sokat m eghatározott sorrendben osszák el egym ás között.

A r itu á lis harc az agresszió egyik megnyilvánulása, am ely kom m unikációs aktusok sorozatából áll. Rendszerint ez is elég a döntéshez.

A b e h ó d o lá s során az á lla t je lz i, hogy elfogadja a m ásik eg y ed fö lérendeltségét. Behódolási póz például a kutya lekushadása és a faroknak a hátsó lábak közé való behúzása.

Az önze tlen és az önző m aga ta rtás

A darw ini evolúciós elm élet egyik alaptételéből, a „létért való küzdelem ből” az következik, hogy az áUafoknak „önzőnek kell lenniük Ellenkező esetben elpusztulnak. Mivel az egyes állatcsoportokra jellem ző viselkedésform ák genetikusán m eghatározottak, ebből logikusan az következik, hogy az önző viselkedésért felelős gének m egm aradnak egy populációban, az esetleg m egjelenő „önzetlen” v iselkedésért felelős gének ellenben kiszelektálódnak. V alójában a fajtársaik javára végzett tevékenység, az önzetlenség, más szóval a ltru izm u s, az állatvilágban egyáltalán nem ritka. Altru- ista v iselkedés a m adarak és az em lősök ivadékgondozása. az állam alkotó rovaiok tevékenysége (79.i.ábra).Kisemlősöknél (például a díszállatokként tartott tüskés- egeinknél) fogságban figyelték meg a „dajkaságot” , am ikor egyes nőstényekkel a hím nem párzik. a nőstényekazonban segítenek az anyának a nagyszám ú utód neve- 79, Tciracszki.toma; (M. a királynőt go„- lésében. A z önzetlen viselkedés tehát o lyan magatai tás- dozó dolgozók és a királynő (lii


foim a, am ely közvetve vagy közvetlenül csökkenti elkövetőjének szaporodási sikerét m ásokénak a növelésével. A kérdés az, hogy mi ennek a m agyarázata, és m iéit nem szelektálódik ki az önzetlenség génje.

60.1. Az itlaszkiii pczsmatulokboijukut ii felnőttek védik

Példák a csoportszerveződés típusairaA legegyszeixíbb közösség az időleges töm örü lés. Ezekben a szociális vonzódás m ég kicsi, a közösség nyitott.Céljuk főleg a védekezés (80.i.ái>ra) vagy a zsákmányszerzés. Ilyen például az együtt kóborló , erősen változó létszám ú seregélycsapat.

Z á it közösség (erősebb szociális vonzódással) a család . A kapcsolat rendszerint (em lősök, madiU’ak) a porodási /V/tmzí/A/w jellem ző. A szülőállatok és az ivadékok közössége. Például egy fekete rigó pár és a tojásból kikelt kisrigók. A családok túlnyom ó többsége az utódok felnevelését követően felbomlik. Tartós monogám kapcsolat csak néhány m adárfajra (pl. bütykös hattyú) je llemző. (80.2. ábra)

N agy létszámú, családokból szerveződő közösségek a kolóniák. A kolóniák egy része csak a szoponnlási idő- szakban marad együtt, ilyen például az együtt költő madarak kolóniái. M ás típusú kolóniák - például az Eszak- A m erikában élő prérikutyák - a szaporodási időszakon kívül is fennm aradnak, és bennük családtagozódás nem figyelhető meg. Az ilyen típusú kolóniákat szokták nagycsaládoknak is nevezni.

M ég nagyobb létszámú és rendkívül szervezett m űködésű közösségek a ro v ará llan io k . A rovaiállam nagylétszám ú tagjai egym ással rokonsáffi k^ipcsolathan állnak (egy vagy néhány anya leszárm azottjai).

80.2. Hattyúcs;iliíd. Egész életre szóló kapcsoiat alakul ki a kél egyed között

Példák a szaporodási viselkedés szakaszairaA z állatok szaporodási viselkedésének genetikusán m eghatározott, egym ástól jó l elkülöníthető szakaszai vannak.

A p á rv á lasz tás t vizuális, aku.sztikus vagy kémiai ingerek segítik. Vizuális például a szentjánosbogarak fényjelei^ akusztikus a sáskák, tücskök muzsikája, a madarak éneke. Kémiai a fe- rom onok szagingerei, am elyek a rovarokra általánosan jellem zőek.

A párválasztást követő u d v a rlá s (nászjáték) az egyedek közötti távolságot csökkenti, fokozza izgalmi állapotukat, egyben időben össze is hangolja őket. Ilyen például a madarak düigése. Eközben sor kerülhet a rivalizáló hím ek között küzdelem re is. Ez rendszerint eiőfi- togtatás csupán, a riasztó színek m utogatásában, erődem onstrációban nyilvánul meg. Küzdelem például a gím szarvasbikák egym ással szemben m egm utatkozó fenyegető viselkedései a szarvasbőgés alatt.

A VISELKEDÉS! KOLCSONHATÁSOK 8 1

A p á rz á s az egyes állatcsopoitokiit jellem ző módon következik be. A barna varangy átkarolja a nőstényt, a m adarak tojói rendszerin t szárnyaikat széttárják, és „guggoló” pózt vesznek fel, az em lősök pedig a fajra je llem zó párzási testtartást vesznek fel, stb.

A szaporodási viselkedés záró szakasza (ha van) az ivadékgondozás (81.1. áhrn). Ennek m értéke fordítottan arányos a lerakott peték számával. Az ivadékgondozás fejlettségi szintje az egyes állatcsoportokban erősen e ltérő. A növényevő rovarok megfelelő tápnövényre, a ga- néjtúró bogarak a talajba rejtett bomló anyagokba, a ka- paródarazsak m egbénított és a talajba rejtett hernyókba rakják petéiket, ám többet nem törődnek velük. A kétéltűek kocsonyás burokban a vízbe petéznek, a hüllők megfelelően m eleg száraz helyre temetik be tojásaikat és ugyancsak m agukra hagyják őket. A madarak testük m elegével költik ki azokat, és utána gondoskodnak a kikelt kicsinyekről, és védelmezik őket. Az em lősök a legvé- dettebb helyre, a saját testükbe rejtve óvják és táplálják ivadékaikat egyedfejlődésük kezdeti szakaszában.

81.1. A dajkabéka a inegtermékenyitett petéket hátsó lába köré tekerve tnagán hordozza

O Az állatok és az ember kommunikációja közötti különbségAz állatok koiiimiiníkácíójára jellemző, hogy a ja jra jellem ző jelkészíelhőf áll, tehát genetikusán mcghiitúiozott. Ez minden állati kommunikációs fonnúiu: u vizuális, az akusztikus, a kémiai, u tuk- tilis (érintési) és az elektromos kommunikációra egyanínt igaz. Egyben azt is jelenti, hogy a kommunikáció kifejezésiára zjárt, kiegészíteni az állat nem tudja. A használt jelek analógok, azaz például a kuty<»k erősebb moigása nagyobb fenyegetést is jelent. Ezzel szemben az emberi kommunikáció legfőbb eszköze a nyelv, amely nyfll, tetszés szerint hi7vtihel(y. A betűkből új kombinációval új jelentésű szavak képezhetők. A szavak digitálisak, jelentésük nem függ a haiif> erejétől. Az ember nictakomniuníkációs jelei (a mosoly, a gesztusok, a lest vagy a kéz tartása, egyes kézmozdulatok vagy akár a tekintet) meghatározott tailalommal bírnak.

O A rokon- és a csoportszelekcíóHamilton [hemilton] írta le azt a róla elnevezett törvényszerűséget, amely szerint az állatok ki/^rólag olyan fajtársakkal s/.cmben önzetlenek, amelyek rokonaik. Az önzetlenség mértéke egyenesen arányos a rokonsági f(4:kal. Hiunllton iiz önzetlenség génjének fennmiuadását <»zzal magyaníztiu hogy a gén fennmaradásának esélyét nem egyedi, hanem populációs szinten kell vizsgálni. Hiszen az altruista gén nemcs«ik egy <idott egyedbcn van meg. hiuiem a vérrokonokbiin is. Elképzelhető, hogy a gén szaporodásképtelenné tesz egy egyedet. ám annyi előnyt eredményez a rokonokban, hogy a gén gyakorisiiga a populációban növekedni fog. Hamilton törvényét rokonszelekeíós elméletnek Is szokták nevezni. Mások szerint a helyzet árnyaltabb. Az altruista magatartás esetenként nem rokon egyedek között is fennáll. A esoportszelekeiós megközelítés szerint az önzetlen egyed segíti csoporttársait (tehát nem csak a rokonokat), így a személyes sikere csökken egy populációban, ám a tálcáké növekszik, és ez a csoport előnyére válik. És mivel a csoportban a rokonok Is olt vannak, a gén a populációban fennmarad, sőt nő a relatív gyakorisága. Ezt tapasztaljuk azoknál az állatc.so- portoknál például, amelyek őrt állítanak táplálko2uís közben. Az őrök veszély esetén jeleznek. Ezzel


mugukiit fokozott veszélynek teszik ki. hiszen felhívják magukra például egy ragadozó figyelmét, ellenben a csoport el tud menekülni. Egy hannadlk lehetőség, amikor a szülő előző utódai a később született utódok felnevelésében segédkeznek, ők viszont nem szaporodnak. Ezt láttuk a tüskésegerek példtíján. Végül leírtak olyan altruista megnyilvánulásokat is, ahol rokonságban nem lévő egyedek kölcsönösen segítik egymást, ilyenek például a farkasok alkalmi falkavadászataik idején.

Fontos <i2:onban. hogy az állatok önzetlen viselkedése minden esetben genetikusán meghatározott, míg az emberé tudatos cselekedet.

IcOzOoy bi7ijoy-taUnság

engedeUmesség

bízidom alávetettség

82.1. A kutya faroktartása és annak jelentése

Az á lla ti és az emberi agresszivitásAz állatok között szüntelen hiuc folyik az erőfonúsokért, a területéit. a vízéit, a szexuiilis p<utneréit. Ezeknek a küzdelmeknek a fajon belüli megnyilviínulása az agrcs.sxíó. Az agresszió során általában nem az ellenfél elpusztítása a cél. A küzdelem gyakran csak rilualiz/cílt formában jelenik meg. Ezek lényegében kommunikációs aktusok, és sokszor már ez is elég a döntéshez (K2.1.úl>ni). Az agressziót a hormonális rendszer nagymértékben befolyásolja. Lefolyásában jelentős az agy limbikus rendszerének és a hipotalamusznak a működése is.Szaporodási időszakban nő az állatok agre.sszivitá.sa.

A raiigsoragress/ió azt teszi lehetővé, hogy a csoportban élő állatok az erőforrásokat meghatározott soriendben osszák el egymás között. A rangsoi1>an előbb álló állatok több erőforráshoz jutnak.

A szexuális agre.s.s/ió során a nőstény megszerzése a cél. ami egyúttal a dominancia kivívásiít is jelentheti.

A ícíiyclmcző agrcss/íó a kölykök viselkedését szabályozza.

Az elválas/tásí agrcss/ió pedig abból adódik, hogy az utódok igyekeznek minél tovább gondo- zá.shoz jutni, de ez egy határon felül veszélyezteti a szülőket.

Az agresszió öröklött alapjai az emberben is megvannak. Ezek öröklött összetevői leginkább a gyerekek vi.selkedésében nyilvánulnak meg. Tanulással az emberi agresszió egészen alacsony színire szoríthaló, sajnos azonban magas szintje is kialakítható. Ilyen a háború is, amely nem más. inint csoportos kulturális agresszió. Az ember biológiai eredetű agressziója - az állatokéhoz hasonlóan - nem az ellenfél inegölésére inínyul. A háború, mint tanúit cso|M)rtos agresszió, viszont a javak megszerzésén túl az ciicnici elpusztítását is megkívánja. Jellemző, hogy míg a biológiai agressziót mindig düh kíséri, a háboiiíban ez ritkán fordul elő. A hábom előre tervezett, a kulturális evolúció terméke.

Az emberi agressziónak sokféle típusa van. Lehet teiritoriális: a tulajdont védő, a rangsoiral kapcsolatos. frusztráció következményeként kialakuló. Ezenkívül létezik szülői, nevelői, valamint normatív vagy monílis agresszió. Az előbbi kettő csak einberre jellemző, a nevelő doinináns helyzetének, illetve a szülők, nevelők személyének elf(Ogadá.sára irányul.

Az állatvilágban a rilualizáll. az eiTjbcrben pedig a direkt agressziós formák a leggyakoribbak. A veriHiUs agresszió viszont sajátos emberi termék. Gyakran megelőzi a gesztusokat és a fizikai tá- mitdást. Az emberben több <iz agressziót csillapító mechanizmus, mint <iz állatokban. A mosoly, a sírás. a fej lehajtása vagy a táplálék megosztása lehet ilyen. Eire utal az idegen kényénél és sóval kínálása is. Isméit még a szociális kötődés megszakításával való fenyegetés agressziócsillapító hatása is.

Az emberi agre.sszió szintje - bár biológiai gyökerei vannak - alapvetően tanult módon alakul ki.

AZ OKOLÓGIA! KOLCSONHATÁSOK 8 3

1 6 . Az Ökológiai kölcsönhatások


O Ism eitesse a szimbiózis, a versengés, az asztalközösség (kommenzalizmus), az antibio- zis, az élősködés és a táplálkozási kölcsönhatás (predáció) fogalm át állati és növényi példákkal.


o H ozza kapcsolatba a táplálkozási és élősködő kapcsolatokat a populációk létszám változásaival.

€> Példákkal igazolja, hogy az egyes élőlény-populációk közti kapcsolatok sokrétűek.

O A p op u lá c ió k kö lcsönha tása i egym á sra

A m indkét populáció számára előnyös kapcsolatok korszem elnevezése: kölcsönösség (-I-, + ).

Ez egy gyűjtőnév, amely magába foglal számos, mindkét populáció szám ára előnyös kölcsönhatási íorm át. Kölcsönösség a legkülönbözőbb élőlénycsoportok között létrejöhet. K ialakulhat m ikroorganizm usok, gombák, növények és állatok között bármilyen kom binációban, a talajban, a száiazföldön, a vízben egyaránt. Jellegében, tartalm ában és m élységében igen árnyalt és nagyon sokféle lehet. Ma már a szelekció mellett a m ásik legfontosabb evolúciós tényezőnek tekintjük,(lásd endoszim bionta-elm élet 5 4 -5 5 . oldal).

Az u lliancia két populáció közötti laza. alkalomszeixí kapcsolat. T ip ikus példája az együtt legelő struccok és zebrák vagy antilopok kapcsolata. A zebrák és a stiuc- cok is őrszem et állítanak. A zebrák kiválóan hallanak, a stiaiccoknak viszont a látásuk jobb. A kár a zebrák, akár a struccok őrszem e riaszt, mind a két csapat azonnal menekül. Hasonló viszony van az o n sza i vúk és az őket a külső élősködőktől megszabadító pásztorgémek között.

A n iiitua lizm us hasonlóan alkalomszeixí. de az egyik popu láció szám ára nélkülözhetetlen kapcsolat. Ilyen az álla tok általi v irágm egporzás valam ennyi form ája (K3. I . á b m ) .

A g o m b a g y ö k é r vagy m ikorrh iza gom bafonalak és m agasabb rendű növények tartós viszonya («3.2.ábra).A gom ba általában vizet vesz fel, és ionokat ju tta t a növényeknek. cserébe pedig kész szerves anyagot kap.

A szim lllia állatpopulációk között kialakuló kölcsön- hatá.s. Ilyen például, am ikor az egyik populáció a másik

83.1. Mutualizinus. A növények loviirok által tönénő megpor^ása

83.2. MikoiThízji. Táplálckfciszívó gomba- fonalak egy fenyő gyökerén


84.1. Koinincnziiliztnus: a fa (öi^scn ólő moha

testváladékát fogyasztja és cserébe m enedéket, sót ellátást is nyújt. A hangyák például rendszeresen felkeresik a táplálkozó, édes váladékot term elő levéltetveket.

A szim biózis m eglehetősen szoros kapcsolat két populáció között. A pillangósvirágúak gyökérzetében Rhizobium baktérium fujok élnek a növényi sejtekkel szoros együttélésben. Ilyen típusú együttélés jellem ző a zuzm ókra is.

A (+. 0) kölcsönhatásokat asztalközösségnek, gyűjtőnéven k o n im en za lizn u isn ak («4.i. Hbr«) nevezzük. T ipikus kom m enzalista kapcsolat a nagyobb ragadozók és a körülöttük élő. azok táplálkozási m aradékait fo gyasztó populációk. A frikában például az oroszlánok zsákmánymaradványait különböző keselyű- és sakálfajok (a foltos hiéna, marabu stb.) fogyasztják el. A növényevőknek is meglehetnek a maguk kommenzalista kísérői.Például a tarándszarvasok (ismeitebb nevükön rénszarvasok) egyik fő táplálékát a tundrán a különböző zuzm ófajok jelentik, amelyek fontos táplálékul szolgálnak a hófajdok szám ára is. A hófajdok nem képesek a nagy hó alól kikaparni m aguknak a zuzm ókat, m int a szarvasok.ezért csapatostul követik őket, és az ő táplálkozási m aradványaikat fogyasztják. Sajátos kom m enzalista kapcsolat a beköltözés. A kékvércsék például nem építenek fészket, hanem költésié a vetési vaijak elhagyott fészkeit használják. Az együttlakás során egy populáció úgy húzódik egy másik populáció közvetlen közelébe, hogy közben az rendszerint tudom ást .sem vesz róla. Például u nagyobb madái fészkek nyüzsögnek a különböző rovaroktól, amelyek tollal, bőrm aradványokkal, száradó csontok inas m aiad ványaival táplálkoznak.

A kom m enzalista viszony legtágabban értelmezett kapcsolata, ha egy populáció puszta létével egy másik populáció számára biztosítja az életfeltételeket. Például a szagos mügés bükkösökben a bükk árnyékoló hatása teremti meg a szagos müge számára a létezés feltételeit.

Az egyik fél számára előnyös és a m ásik fél szám ára hátrányos kölcsönhatásoknak (+, - ) is szám os típusa ismert.

A p red ác ió valamilyen formában m inden populációt érint. E z olyan populációs kapcsolat, am ely során egy populáció (a predátor) részben vagy egészben egy másik populációt (a prédát) fogyaszt. Ha a préda növény, növényevésről, ha állat, ragadozásról beszélünk. A növényevés é s a ragadozás között lényeges különbség, hogy a növényevés során a préda rendszerint nem pusztul el. csupán károsodik. Ragadozók a rovarfogó növények is.

Egy ragadozópopuláció saját fajtársctinak fogyasztása a kan n ib a lizm u s.

H asonló populációs kölcsönhatás az élősködés, a para z itiz m u s is. M ikroorganizm usok között, állat- és növénypopulációk között egyaránt elő fordu l m .2. ábra). Növényi pmiizltlzmu' . A sziídorgó . ' -t » I CBVclősködönövény.aluccmaháncsclc-

Az e h ^k o d o szervezel egy m ásik szervezet - a gazda- szívigyökcreii, cs készszervezet - testanyagaival táplálkozik. Külső élősködés táplálékot szívja cl

AZ OKOLÓGIAi KOLCSONHATÁSOK 8 5

85.1. Fc!p;iiiizilizinus. A foloiiutotróf fagyöngy cs;tp alakú szívógyökcieit a gaz- danövcny faelemeibe növeszii. cs vizel, valamint ásványi sókat vesz fel onnan

esetén a parazita külső testfelületen él, belső élosködés esetén a gazdaszervezet belsejében él. Külső élősködő a gerincesek vérével táplálkozó m arhabögöly, a gyötro- szúnyog vagy a közönséges kullancs. K özös sajátosságuk, hogy táplálkozás után elhagyják a gazdaszervezetet, hosszabb ideig is képesek a gazdaszervezet nélkül é ln i, ezé rt fa k u lta tív p a r a z i tá k n a k tek in tjük őket.A m adaiak tollazatában élő rágótetvek, a galandférgek a gazdaszervezetet soha nem hagyják el, nélküle ugyanis életképtelenek. Ezek az oh lígá t p a ra z itá k . Ilyenek az élősködők, például a taplógom bák, vagy a fürkészdii- razsak lárvái is.

A élosködés egy sajátos fom iiya a növényvilágban előfoiduló fé lparazitizn ius (xs.i.áhra). A félparazita szervezetek (például a sárga fagyöngy) szívógyökereiket a gazdaszervezet faelem eibe növesztik, és a vizet, valamint a szervetlen ionokat szívják el. Fotoszintetizálnak, az elszívott nyersiuiya- gokat m ár maguk alakítják át szerves vegyületekké.

A populációs kapcsolatok közül az aiitib iózis (0, - ) az egyik populáció számára közömbös, a m ásik populáció számára viszont hátrányos. M ikroorganizm us populációk, baktériumok és gom bák között lép fel. melynek során a gombapopuláció anyagcsereterméke a baktériumok szaporodását meggátolja, vagy a baktérium okat elpusztítja. Például az ecsetpenészekhez tartozó Peniciilium fajok olyan anyagcsereterm ékeket - antibiotikum okat - adnak le. amelyek a baktérium ok nagy többsége számáiu mérgezőek. Van olyan nézel, uinely szerint ez a kapcsolat a versengés egyik formája, m eit valójában táplálékkonkurencia áll fenn a két populáció között. Erről azonban szó sincs, ugyanis a legfontosabb antibiotikum- term elő ecsetpenészek szaprofiták, m íg azok a bakté- rium csopoitok, amelyek ellen leghatékonyabbak az antibiotikum aik. paraziták.

Élőhelyeiken a populációk szüntelen harcot folytatnak a korlátozott mértékben rendelkezésükre álló erőforrások é n . a növények a fényért <k5.2. ábra), a vízért, a tápanyagokért. Az állatok nemcsak a táplálékért, hanem a va- dászteililetéit. az ivari partnerért egyaránt vetélkednek egym ással. Ez a versengés ( -» - ) , a koni|)e tíc ió . amely kapcso lat valam ennyi populációra nézve hátrányos és kom piom isszum ia kényszeríti őket. Sivatagos, félsivatagos területeken a korlátozott vízkészlet következtében helyezkednek el egymástól meghatsíiozott távolságra a szárazságtűrő cserjék, mert csak így tudnak elég nagy gyökérzetet fejleszteni ahhoz, hogy vízszükségletüket biztosítsák. Versenytársak a ragadozó madarak is. ezért „osztják fel” egym ás között a rendelkezésre álló területeket. A versengés alakította ki a fajok ökostátusát. 85.2. VciNcngCN a fcnycil


egy«deksAna

86.1 . Al isákmányszciző cs a zsákmiiny cgycdvzámváitoz ísiiinak összcfiíggcsc a nyúl cs a hiúz esetében

O A zsákmánypopuláciő és a ragadozópopulációk egyedszámának kapcsolataA zsákmányul szolgáló po/m ládó és a ragadozójxfpuUkió egyedsz<tm<mak alakulása között összefüggés mutatható ki. Ez nzzul inagyarázhutó, hogy ha több a préda, a ragadozók több utódot képesek felnevelni. A következő évben több zsákmány esik áldozatul, kevesebb zsiíkmányutód lesz, tehát kevesebb ragadozónak nyújt táplálékot, ezéil a ragadozók kevesebb utódot tudnak felnevelni. Azok viszont kevesebb zsiikmiínyt képesek ejteni, több lesz a préda, és az egész kezdődik elölről. (86.1 . iit>ra)

O Példák az élőlénykapcsolatok sokrétűségéreA tennészetben az egyes élőlények populációs kapcsolatai rendkívül sokrétűek. Mindenekelőtt is a fr>gyaszió‘fogyaszlon (predátor-préda) kölcsönhatás (valamilyen szinten) minden popuUíciót érint. Nincs olyan populáció, amely legalább fo- gy<Lszlottként ne lenne a rendszer tagja (K63. ábra). Ugyanakkor számos fogyasztó (például egy vadgerle) a tollaz<itában élősködő tolltetN'ek gazdaszersezete, tehát egy fKirazjUi kafH Solah rendszernek (86.2. ábra) is a része. Ugyanez a vadgerle egy gólyafészek oldalában is kiköltheti tojilsait, ebben az esetben mái egy m<Lsik. egy komnienzalisía kölcsönhatás alanya. Vagy egy másik példa: a foltos maláriaszúnyog egyrészt parazita, mert vért szív, másrészt pedig gazdaszervezel, mert a bélcsatomájá-ban malária láz<íllatkitk élősködhetnek. Ugyanakkor természetesen préda is, meit a szititkötőktől kezdve a pókokon keresztül az énekesmadarakig számos másik állatcsopoil szíímára z.sákmányállatot Jelent.

86.2. Az élősködő és a gazdaszervezet egyedszáin;'inak összefüggése

Termelő

Elsődleges fogyaszt()

Másodlagos fogyasztó

Egyedszáma csúcs felé

Egyedméret a csúcs felé

Növényevő tápláléklánc növény

növényevő á la t

ragadozó/mindenevő állat

csökken

nő

Parazita tápláléklánc

növény

növényevő állat

parazita élőlény

nő

csökken

Szaprotita tápláléklánc

növényi, állati maradványok

szaprofita élőlény

fogyasztő állat

csöMcen

nő

86.3. A láplálckláncok összefoglaliLsa

AZ ÉLETKÖZÖSSÉGEK JElLEMZÓl 8 7

1 7 . Az életközösségek jellemzői

KÖZKI^SZINTŰ követelm ény:

O Eiteim ezze a szintezettség kialakulásának okát.

© M agyarázza el az életközösségek időbeni változásait.

o É ltelm ezze a változások term észetes és em ber által befolyásolt folyam atát, ismertesse a szennyezés csökkentésének lehetőségeit.


O Ism ertesse a m intázat kialakulásának okait, értelm ezzen egy ökológiai m intázatot bem utató ábrát.

0 Ismertesse a szukcesszió, az aszpektus, a kezdő- (pionír) és a záiótái sulás, valamint a lerom lás (degradáció) fogalmát.

© Grafikonon vagy ábra segítségévei értelmezze, hogyan változik az életközösség a szukcesszió folyamatában. Lásd (70.1-2 ábra).

© E ilse, hogy egy életközösség sokfélesége, produktivitása és stabilitása összefügg.

© Éltelm ezze a szukcesszió tartós m egszakadásának lehetséges okait (legeltetés, tavak kotrása).

O A sz in teze ttség k ia laku lá sá na k oka i

Az életközösségek (m ás néven társulások vagy biocönózisok) m egjelenését a különböző növénypopulációk határozzák meg. A növények m éreteikben különböznek, ezért a biocönó- zisokban eltérő m agassági szin tek alakulnak ki (KT.i.Hhra). A szintezettség kialakításában azonban a növények fényérr foly/a/off küzdelm e is fontos szerepet játszik. E z leginkább a trópusi esőerdőkben figyelhető meg. A rátelepülő (epifiton) szint a földön gyökerező, de a lom bkorona tetejéig felkúszó növényekből álló liánszint kialakulása a szintezettséggel m agyarázható.

TAKJA

40ni

20ni

MÉRSÉKELT OVI LOMBHULUTÓ EfiDÓ

TRÓPUSILOMBHULLATÓ

ERDŐESŐERDŐ

kHnU.<woiu

oeiyet> 'V

87.1. Erdőtípusok szintjei


Az é le tközösségek sz in tje i

A legal só szint a gyökérszint, amely a termőtalaj felszínétől a legmélyebbre lehatoló gyökerekig tart. Erre a szintre a növények vízéit és tápanyagokéit folytatott versengése a legjellem zőbb. A következő a ta la jsz ín t, am ely a termőtalaj felszíni rétege. M ikrooiganizm usokban és talaj lakó férgekben (fonálférgek és gyűrűsférgek), valamint ízeltlábúakban - főleg atkákban - gazdag. Sok gomba vegetatív tenyészteste (micéliuma) is ebben tenyészik. Az avarszin t a már többé-kevésbé bomlott, valamint a frissen hullott levelek szintje. G azdag csigafajokban és különböző ízeltlábúakban, főleg ászkákban. százlábúakban, ikerszelvényesekben és bogarakban. A gombák egy része az av<u szinthez kötődik. A talajszintre vagy esetleg az avai'szintre a m ohasz in t épülhet. A lomberdőkben, valamint a fenyvesekben sokszor igen jelentős borítást érhet el. A m érsékelt égöv hideg időszakában mint legfőbb fotoszintetizáló szint jelentős. Em ellett fontos sZérépet já tszik a víz megői-zésében. és a m ikroklím a kialakításában is. A moh<iszint gazdag fonálférgekben, m edveállatkákban, és sok, kifejezetten mohagyepekben é lő bogárfajt is ismerünk. A gyepszin t a talajszintről induló lágyszárúak szintjét jelenti. Két alszintre különül, az aljfüvek szintjére és a szál füvek szintjére. Az aljfüvek szintje az alacsonyabb növésű fajokból kerül ki. Árokpartok szegély vegetációjában alj fű lehet például a réti peije, m íg szálfű a francia perje. a réti zsálya. A cserjeszin t a hazai biocönózisokban a bokrok lom bozatát jelenti. Gazdag az ízeltlábúak faunája, sok lom bfogyasztó hernyó, pollenevŐ és levélrágó bogár, növényi nedveket szívogató kabóca és poloska, valam int a rájuk vadászó r agadozó gerinctelenek jellem zők rá. A z énekesmadai ak egy része is a bokrok lombozatában fészkel. A legfelső, a lo m b k o ro n asz in t a fák lom bozatából áll. A gyepszinthez hasonlóan gyakran több alszintre tagolódik. A mi erde- ink közül kettős lom bkoronaszintűek a gyertyános-tölgyesek, m elyekben az alsó szintet az alacsonyabbra növő gyertyán, a felső szintet pedig a m agasabbra növő kocsánytalan tölgy lom bozata jelenti. A lombkoror^aszint je llem ző lakói nálunk a madarak.

A trópusi esőerdők fáinak lombkoroniíja g yakran 4-5 szintre tago lód ik (HH.i . «hr«).M indegyiknek sajátos, más és más fajokbólálló állatvilága van. 88.1. Az esőerdő ]oinbkoron;iszintjei

O Az é le tközösségek időben i vá ltozása iA társulások szerkezete és m in táza ta nem állandó, szüntelen változás}Q \\tm z6 rájuk. A változások lehetnek rövid ideig tartóak é s lehetnek nagyon hosszúak, időről időre visszatérőek és soha m eg nem ismétlődő egyirányú változások, lehetnek olyanok, am elyek a társulások fejlődését eredm ényezik, és olyanok is. am elyek a leromlásával járnak.

Rövid idejű, periodikusan ism étlődő változás például a napi ritm u s . Napi ritmust a társulás növényei és állatai egyaránt m utathatnak. A virágos növények között vannak olyan fajok, am elyek szirm aikat csak kellően erős m egvilágítás esetén bontják ki, alkonyatkor pedig összecsukják őket (például az oroszlánfog fajok). M ások éppen fordítva, csak alkonyatkor


J f u ö J

bolcor-'nyM vegetki6 nyA

flr<()»nuids enfőursuiaspiorir z* t

gyeptarsuUs

zlrterdői sutts

mW

89.1. Egy lombos fa tavaszi, nyári. őszi. téli aszpektusa 89.2. A szukcesszió folyiunata

vagy az éjszakai órák alatt, sötétben virágzanak (ilyen például a csodatölcsérke vagy a hajnalka). Az állatok aktivitása is napi ritm ust mutat. A nappali lepkék napközben, a bagolylepkék nagy többsége csak sötétben repül. A gyötrőszúnyogok csak alkonyaikor és pirkadatkor aktívak, az őzek. a szarvasok naplam ente táján keresik fel az erdei legelőket.

A környezeti feltételek nagyobb, évszakos változásai eredményezik az aszpek tusok kialakulását (Kv.i.ábrH). Ezek a változások csak a társulások m egjelenésében eredm ényeznek változást, m ert valójában sem az összetételük , sem a szerkezetük nem változik m eg, csak az egyik vagy másik populáció kerül előtérbe. Egy aszpektus a társulás pillanatnyi képe. Például egy gyeityános-tölgyes kora tavaszi aszpektusát a gyepszint virágzó lágy szárú fajokban való nagy gazdagsága jellem zi. Az odvas keltike. a galam bvirág, a bogiáros szellorózsa stb. nagy tömegei azonban a bükk teljes kilombosodiísának idejére szinte m ár elvirágzanak és termést hoznak, majd eltűnnek a gyepszintbol. Helyüket más, árnyéktiírőbb fajok váltják fel, például a szagos müge. Nyár derekán ugyanitt az ei dei aggófű stb. fog virágzani. Ugyanakkoi' kora tavaszi aszpektus fajai nem tűntek el a társulásból, csak éppen nem látjuk őket, meil a talajba hagym a, gum ó, gyöktörzs form ájába visszahúzódva élnek a következő tavaszig.

A szukcesszió a társulások hosszabb távú m egváltozását jelenti, am ely együtt já r az őket felépítő populációk kicserélődésével. E gy kiindulási állapotból egy végállapot felé haladó folyam at, am ely különböző társulásokon, m int átmeneti állapotokon kere.sztül egy végállapot, a z á ró tá rsu lá s vagy k lín iax társu lás felé halad ( X 9 .2 .á b i -a ) . Eközben az egym ást követő társulások fajösszetétele, d iven ifó sa többnyire növekszik, mind bonyolultabbá válik a szerkezetük, és egyre több az élőlényekben m egjelenő szerves anyagnak az összm ennyisége. A változássorozat végpontját je len tő zárótái sulás az adott helyen és lehetőségek között a legfejlettebb.

O Az e m b e r hatása az é le tközösségek idő be li vá ltozása ira

Azt gondolhatnánk, hogy az aszpektusok időbeli ritm usára (tavasz, nyár, ősz, tél) az emberi tevékenység kevésbé van hatással. Ez hosszú időn keresztül így is volt. Napjainkban azonban a globális felmelegedés következményeként jelentős változások álltak be az időjiíiásban (w.i.Hbm). A korábban bekövetkező tavasz, a ham arabb kiteljesedő melegebb átlaghőm érsékletű nyár.


az enyhe és elhúzódó ősz hatással van a növényeknek az evolúció során kialakult és genetikusán m eghatározott évszakos b io r i tm u sá ra . A z emberi tevékenység hatással lehet az aszpektusok fa jösszetételének m egválto- zásáia is. Például egy gyertyános-tölgyes tarvágását követő akáctelepítés alapvetően megváltoztatja az erdő kora tavaszi aszpektusának fajösszetételét. Néhány év alatt eltűnnek a korábbi gazdag gyepszint képviselői (bogiáros szellői-ózsa, odvas keltike. tavaszi csillagvirág stb.), é s a helyüket néhány gyom faj, például a piros árvacsalán foglalja el.

1960 1970 1980 1990 2000

90.1. A globális felmelegedés

O A mintázatA társulások vízszintes inínyban is jellegzetes szerkezettel rendelkeznek, ennek köszönhetően jön létre az életközösségek míntá/a(a. Mivel az élőhely erőforrásai vízszintes irányban sein egyfonniík (90.2. úhra), kialakulásában ugyancsak a környezel eiőforrá.siiicil folyó küzdelem a meghatározó. vSzámos esetben azonban a populációk egy-egy környezeti tényező vonatkoziísában eltérő tűrőképessége is fontos szerepet játszik. Például más fajok élnek majd egy erdő kisava- nyodott talajfoltján vagy a fényben gazdagabb irtásréteken. 90.2. Mintiíziit ii mezőn

O A degradációA dcftradáció az életközösségek leromlását jelenti. Az életközösségek fej lődésének biínnelyik szakaszában felléphet, és a szukcesszió menetébe beleavatkozva megváltoztathatja annak irányát. A megjelenő fajok nem a következő társulás kialakulását segítő fajok, hanem különböző gyomnövények. A degradáció előrehaladásának egyik jele az eredeti társulás sokféleségének u megváltozá.sa. A sok- féle.ség növekedhet és csökkenhet is. A fajszegény pionír életközö.sségekben a sokféleség növekedése, a fejlettebb, fajgiizdagabb társulásokban a csökkenése a degradáció következménye. A homoki szukcesszió nyílt gyepjeiben a selyemkóró, a gyalogakác, a kanadai betyárkóró a leromlásra utal. A zártabb tiusulásokban viszont a degradált akácosok rendkívül fajszegénnyé válnak.

A degradáció lehet (ritkán) spontán, ám többnyire emheri heavalkozáx váltja ki. A rosszul végrehajtott ritkítás például az erdőkben „rezgőnyára.sodáshoz” vezethet, a bükk vagy a kocsánytalan tölgy helyét a rezgőnyár foglalhatja el. Degradiíciót jelez a nyírek megjelenése is egy erdőben. A degradáció előrehaladá.sát egyebek közt az akác térhódítása jelzi. Az Alföld nyáras borókásai a homoki tölgyesek kivágása, majd a legeltetés következtében a homoki t<u>ulá.sok degradiíciója során alakultak ki.


O A sokféleség, más szóval a diverzítás produktivitása és stabilitása közötti összefüggésÁUaiánossiíglxin azt niondhatjuk. hogy egy Uírsu- {ás prt/<luklivilása annál nagyobb minél nagyobb a diverzilása. Ezt jól példázzák a nagy társulás- együttesek, a biomok szervesanyag-tennelésel.Legnagyobb produktivitást a trópusi esőerdők mutatnak, amelyek a Föld „legdiverzebb” elő- lényegyüttesei. Egy táj>;ulásban a nagy biomassza magas fokú szerkezeti bonyolultságot tesz lehetővé, emellett számtalan specializálódott fogyasztó sziíinára is biztosítja <iz életlehetőséget. A nagy tömegben keletkező elpusztult szerves anyag gazdag lebontó élővilágot (atkiíkat. rovarokat, gom- b<tkat) tait el. A szavann<ík, majd a sivatagok, a füves puszták és a lomberdők, a tűlevelű erdők, majd a tajga biomja mind kisebb diverzitású és alacsonyabb produktivitást mutatnak. Ugyanakkor vannak olyan kis diverzitású tái><ulások, amelyek produktivitása igen nagy. Ilyenek például a nádasok.

Ef*y társulás annál stabilabb minél nagyobb a sokfélesége. Ennek magyarázata, az életközösségek működésében, létezésük és fennmar-adásuk törvényszerűségeiben keresendő. A tiüsulások fennmaradásának alapja az őket felépítő populációk között kialakuló bonyolult kölcsönhatások adta lehetőségek <92.1. ábra). Ha egy társulás alacsony diverzitású, például mindössze négy populcícióból <íll, és egyetlen táplálékhtncc<il jellemezhető az életközösséget felépítő populációk fogyasztó-fogyasztott viszonya, a társulás kevésbé stabil. Sémlékeny, inei1 a tennelő populáció kiesése 191.1-2. ábra) az egész életközösség eltűnését vonja maga után. Ezzel szemben, ha csak eggyel több, azaz öt populációból áll egy életközösség két tcnnclő populációviil. két elsődleges fogyasztóval és egy másodlagos fogyasztóval, amely mind a két elsődleges fogyasztót fogyasztja, miíi* sokkal kevésbé sérülékeny. Hiszen egyetlen populáció kiesése sem jár az életközösség összeomlásával.

[ 3 biztosanicfiM

2000-igv ldszinúkglottaii

20004gidtttdutietúenkihall

91.1. A fajok kihalás;uicik felgyorsulása

2001 2008

A soiié(6s«o S2áaléU>an

□ ZI lEI ^ ■0-20% 21-40% 41-60% 61-80% 81-100%

91.2. A diveraitás csökkenése

O A szukcesszió tartós megszakadásaAz aszpektusok fajösszetételére hatással van az ember jelenléte is. A zavarás, a bolygatás (taposás, motokro.sszozás) az érzékeny állatokat száműzheti az élőhelyükről.

Az emberi tevékenység a bioiikus szukcesszió menetéi felgyorsíihalja. Ez következik be például akkor, ha egy kisebb tó vizébe műtnígya keiül (93.1 . ábra). Nagyobb tavak esetében elsősorban a vízbe


t

t

í

92.1. Különböző táplúlékliíncokból álló táplálékh<íl6z<ttok. Minél több táplálkozási kitpcsohtt ahikulhat ki (minél nagyobb a tiusulás diverzitása). annál stabilabb a táplálékhálóz*)!

a csapadékvízzel rendszeresen beinosód.ó műtrágya, kommunális hulladék, hígtrágya stb. eredményezhet hasonló hatást. A víz tápanyagban gazdagabbá (eutróf víz) válik, ezért feldúsul a vízben élő planktonok száma, és gyors ütemben növekedik a lebegő hínáiiömeg is. A gyorsabban pusztuló planktontömeg és a növényzet növeli a szerves isziíp mennyiségét, ezért felgyoi-sul a gyökerező hínárok megtelepedésének az ütenie is. Hamarabb jelenik meg a nád is, azaz a feltöltési szukcesszió évezredes folyamata egy-két száz évre, esetleg néhány évtizedre rövidül le.

Az emberi tevékenység <tzonban a biotikus szukcesszió menetét le is fékezheti, vagy meg is áliíthutja. Lassítja a szukcessziót például egy gyep rendszeres legeltetése (92.2. áhra). Ebben az esetben a szukcesszió rendszerint nem áll meg, mert a legelő állatok a tüskés, tövises bokrokat nem legelik le, ezért a cseijésedés lassan bár, de folyik, tovább. A botanikusok többsége szerint például az alföldi nyánts-borókás erdők sem a természetes szukcesszió folyamán kialakult társulá* sok, hanem a legeltetés során létrejött másodlagos erdők. Ugyanis a szarvasmarhák és a birkák a homokon szívesen megtelepedő szűrös levelű borókát nem bántják, ezért azok száma rövid időalatt megnőhet. A borókafoltok között a homokra ugyancsak jellemző fehér nyár is oltalmat talál, és lassan kialakul egy sajátos fajösszetételű, pionírokban is gazdag emberi beavatkoziís következtében létrejött erdőtípus.

A biotikus szukcessziónak teljesen élőről kell indulnia az emberi beavatkozás következtében, ha egy erdőirtást követően a hegyoldalakról a csapadékvíz a tennőtalajt lemossa.

92.2. A legeltetés hatására kialakult másodlagos társulás

A HAZAI ÉLETKÖZÖSSÉGEK 9 3

1 8 . A hazai életközösségek

KÖZKPSZINTtl követelm ény:

O Jellem ezze egy iskolájához vagy lakóhelyéhez közeli terület élovihlgát (élohelytípusok, környezeti tényezők, talaj, uralkodó állat- és növényfajok, szintezettség, időbeni vál- tozások). A fajok és életközösségek jellem zésére használja a N övényism eret és A llah ism eret könyveket.

© Egy tó feltöltődésének folyamatán keresztül mutassa be az életközösségek előrehaladó változásait.

© Ism ertesse a gyom növény fogalm át, hozzon rá példát.

KMELT SZINTŰ követelm ény:

O Hasonlítsa össze az alábbi élőhelytípusokat: cseres-tölgyes, gyertyános-tölgyes, bükkös, ligeterdő, nyáras-borókás.

© Ism ertesse és értékelje az em ber szerepét az átalakításukban (term észetes erdők, faül- telvények. folyószabályozás, legeltetés).

© Ismertesse a .szikes puszták jellem zőit, a szikes talaj kialakulásának feltételeit, a m ásodlagos szikesedést.

O Ismertesse a sziklagyepek előfordulásait, jellem ző környezeti sajátosságaikat, az itt élő fajok természetvédelm i jclcntő.ségét.

© Sorolja fel a sziklagyepeket fenyegető fontosabb károsító hatásokat.

© Egy tó fe ltö ltő d é sé n e k fo lya m a ta


0 A gyom növények

A vadon élő növények annak alapján, hogy az emberi kultúitevékenységekkel szemben m iként viselkednek, három csopoitba sorolhatók. Az elsőbe tartoznak azok. amelyek az emberi heovafkozósoka! (talajm űvelés, erdőkezelés, taposás stb.) nem tudják elvisehii, és a legelső kultúrhatásra eltűnnek. A második csoportba tartozók a kultúrlw fásokkal szemben töbhé- kevésbé közöm bösek. A harm adik csoportot azok képezik, am elyek évezredek alatt annyira alkalm<izkodtak a kultiii hatásokhoz, hogy azokat jóform án nélkülözni sem tudják, azok híján elpusztulnak. Ez a harm adik csoport tekinthető gyom növényeknek.

A gyom növényeket számos csoportba besorolhatjuk.A v etési g y o m n ö v én y ek m .i . ábra) a m ezőgazdasági m űvelés alatt á lló területeken élő növényegyüttesek.Az egyes növényi kultúrákra a m űvelés módjától függően különböző összetételű gyom társulások jellemzőek.A kukorica- és a burgonyatáblák gyom együtteseit a k a p áso k gyom növényeinek nevezzük. líyen a fekete csucsor, a zöld muhar, a közönséges betyárkóró. A kalászosok gyom jai a kék búzavirág, a réti szarkaláb. a pipacs, a mezei aszat. Egykori kalászos gyom unk, a konkoly a vegyszeres gyomirtás hatásáia mára annyira megritkult, hogy védelem alá került. A rizsföldek gyom növénye a vízi hídőr.

Külön csoportba sorolhatók az e rd ő irtá so k gyom növényei. Ezek azért tekinthetők gyom oknak, mert term észetes körülm ények között (egy-egy fa kidőlése esetén) nem telepszenek m eg, nagy. összefüggő fényben é s nitrogénben gazdag (a nitrogén a kivágott fák lombjának és. gallyainak bomlásából szárm azik) helyeken azonban tömege.sen jelennek meg, m egakadályozva ezzel a természetes újulatot. Vágások gyom növényei például a siskanád, a málna, a sárga gyűszűvirág, a nadragulya.

94.1. Vclcsl gyomniisultis: keleti sz<irkuliíb és pípiics

A gyom növényze t m in t é le tközösség (gyo m tá rsu láso k)Szám os gyom társulás termőhelyi viszonyait az em ber teremti meg, hiszen a települések létrehozásával. gátak, utak építé.sével. szemétlerakó helyek kialakításával önkéntelenül is terjeszti őket. A nitrofíl gyom ok a nitrogénben gazdag term őtalajon, szemétdombok környékén szaporodnak el. Nitrofil gyom a csattanó maszlag, a beléndek. a közönséges boj- toiján. nagy csalán.

Külön csoportot képeznek a ta p o so tt g y o m társu lá so k növényei. E zek igen jó l e lv ise lik a bolygatást, a taposást, a nagyvárosok sokszor erősen szennyezett levegőjét. A m adár keserűfű. a nagy é s a lándzsás útifű a váiosi utcákon, a kövek között is megterem .

A törm eléklerakó helyeken a ro m ta la jo k növényei (94.2. MhiH) telepednek meg, mint például a szőrös disznó-paréj, a parlagfű, a közönséges kigyószisz. 94.2. Rotmalajtáisulások: nagy úiifű


O A cseres-tölgyesekA cseres-lölgycsck a legelterjedtebb erdei növénytársulá- Stilnk. 200 4(X) méter lengei>;zlnt fclelll magasságban, semleges, enyhén savanyú talajon alakulnak ki. Uralkodó fái a csertölgy és a kocsánytalan tölgy. Jellemzője, hogy a magasra növő. ám laza lombkoronájú tölgyek a napfény jelentős részét átengedik a lombkoronán, ezért a cserjeszlntje és a gyepszint- je is fejlett. A cserjék közül a húsos som. a fagyai, a gyepszint növényei közül a baracklevelű harangvirág, a pillangósvirágúak (lednek*, rekettye* és zanótfajok), valamint a pázsitfű* vek emelhetők ki. (95.1. áhí-a) 95.1. A cseres*tölgyes aljnövényzete

A gyertyános-tölgyesekA g\er!yáiH»s*tölg>'csck 400 600 méter tengerszint feletti magassitg közölt jellemzőek elsősorban. Üde, mély laiajtm alakulnak ki. Jellemző rájuk a kellős lombkoronaszint. A felsőt a inagasabbra növő kocsánytalan tölgy alkotja, az alsót a gyertyán. A kettős lombkorona miatt a lombo.sodást követően iiz erdő alja fényben szegény, ezért a cseijeszint hiányzik, és a gyepszint is fejletlen. Ezzel szemben a fényben gazdag kora tavaszi időszakban a gyepszint fajokban gitzdag. valósit* gos virágszőnyeget alkotnak. Ekkor nyílik az odvasés az ujjas keltike. a galambvirág, a salálaboglárka. a bogiáros szellőrózsa. Ezeknek az évelő lágyszárúaknak közös .sajátossága, hogy geofiionok. azaz az év nagy részét a föld alatt töltik hagyma, gumó vagy gyöktörzs formájában. Aktív időszakuk rövid, gyorsan kihajtanak, virágzanak, termést érlelnek, és inire a lombsátor kifejlődik felettük, mik a magjaikat is szétszóiliík. (95.2. ábm)

A bükkösökA bükk(^)k 6(X) méter felelt viilmik jellemzővé. Uralkodó fafajuk (gyakran kizitrólagosan) a közönséges bükk. A bükk ezüstszürke törzsíj, sudár fa, lombkoronijjü nagyon ziírt. Ezért a bükkösökben a gycilyi'inos-tölgycsckhcz. hasonlóan fényben szegény az erdő alja. Ennek megfelelően a cseijeszint és a gyep- szinl hiányzik, azonban a kora laviiszi <>.szj>ektus a gyeilyíínos- tölgyesekhez hasonlóan fajokban gazdag. Az ekkor virító fajok a két erdőtípusban közösek. (95., . ábra)

95.2. A gyertyisnos-tölgyes és keltike

95.3. A bükk é s a szagos müge

A ligeterdőkNem a tengeiszint feletti magasság, hanem a vízelláloiiság jíitíiűk iTieghatitrozrt szerepet a llgetcrdők kialakulásában. Két alaptípusuk a puhafa-ligeterdő és a keményfa-ligeterdő. A puhafaligctek a nagyobb folyók árterein, az alacsonyabb szinteken díszlenek. Ezeken a temiőhelyeken rendszejes a ta\’aszi vízborítils. Tiihyuk tápanyagokban gazdag öntéstalaj. Lx)mbkoronaszintjüket elsősorban fűz-


és nyúrfiijok alkotjiík. C ieijeszintjük cn gyepszíntjük a hiunvas szeder kusza hajtásaival, a fákra felkapaszkodó Ügeti szőlő és komió indáival, a magasra növő nagy csalánnal és ragadós galajjctl áthatolhatatlan bozótokat képez.

A keincnyra-llííclcrdok hasonló élőhelyeken, általában nuigasahh férxzinleken fordulnak elő. Az erdőállományt kocsányos tölgy, magyar kőris és vénic szil alkotja. A gyep- szintben és a cserjeszintben a fajok sziíma a puhafa-ligeter- dőével megegyezőek. tavasszal azonban sok a hóvirág és a tavaszi csillagvirág, később pedig a gyöngyvirág szaporodik el. (V6.I.ábm) 96.1. A füz-nyiű' ligeterdő és a szeder

96.2. Nyáras-borókás

A nyáras-borókásokA ny»rHS-boróká.sok az alföldi hoinokpuszuík növényegyüttesei. A botanikusok többsége szerint tennészetes úton nem (vagy legalábbis nem mai fonnájukban látható módon) alakulnak ki. nem tartoznak tehát a homoki szukcesszió egymást követó táiNuIásainak sorába. A nyáras»borókások kialakulásához az ember utjáuilakíló tevékenysége kellett. A bugaci „ősborókás” vagy a csévhiuuszti, ágasegyházi - ma tennészet- védelem alatt álló - állományokat ré.szben az alföldi homoki tölgyesek kiirtása, majd az azt követő legelletés alakította ki.A tennészetes vegetáció ezeken a teiületeken nyílt, mozaikos homoki erdő. homoki tölgyes volt. A nyitottabb foltokon a homoki szukcesszió minden állapota megfigyelhető lehetett.ezeken természetes úton megtelepedett a fehér nyár és a boróka is. Tájképileg a kél faj azokon a helyeken válhatott meghatározóvá (mivel a szúrós levelű borókát nem legelik le tíz állatok), ahol a fakivágások hatását a szél talajeróziós hatás<i felerősítette, és a mozgó homokon <t szukcesszió nem vagy csak nagyon lassan tudott újra megindulni. Uralkodó fajai a cseijetermetű boróka és a fehér nyár. A talajon igen gazdag a pionír moha vegetációja. A nyitottabb foltokon a homoki pimpó, a magyar csenkesz, a zártabb foltokon pedig a homoki árvalányhaj az uralkodó. (%.2. ábra)

O Az ember szerepe az erdők átalakításábanAz eiiilK'ri beavatkozás többféle fonniíja is hatással lehet egy erdő soiwa. A Földközi-tenger medencéjében és Kis-Ázsiá- ban egykor öss2wfüggő területeket beborító kemény lombú erdők nagy részét az ember napjainkra gyakorlatilag kiirtotta.Az itt díszlő fenyőket és tölgyeket a görög kultúra, majd a Róinai Birodalom idején hajógyártás céljából vágták ki.A mérhetetlen pusztítás még az I600*as évek idején is folyt, mikorra is az egykor erdőkkel borított hegyoldalakat csaknem teljesen letarolták. A csupaszon maradt területekről a csapadék a tiüajt lemosta. »iz erdők nem tudtak regeneiálódni. Helyükön

kopárok maradtak, vagy tüskés, bozótos cserjék, gg 3 bozritosfcm pél-<imac<hia (96.í.ábm) telepedett meg. A macchia 5-8 méter boróka, nemesbabcr. kakukkfű,magas, áthatolhatatlanul sűrű, amelyben nálunk dísznövény- rozmaring, leander, levendula cl


ként í sínen bokrok é.s kisebb fúk élnek, mint pédául a szentjúnoskenyéifa, a krisztustövis vagy a magyal.

Az utak, nyiladékok (pl. egy nagyfeszültségű vezeték nyomvonala szaunára) megváltoztatják a fényviszonyokat, és utat nyitnak a könnyen vándorló fényigényesebb növény- és állatfajok sz«ím<ir<i, így megváltozik az erdő fajösszetétele, degw(UU<Hlás kezdődik. A gépjárművekkel is járhatö utak növelik a levegőszennyezést, a kirándulók sz<iinának növekedése a íafH/sást és a bolygatást eredményezi. A vízszcíhályozósok is komoly hatással lehetnek az erdőkre. A talajvíz csökkenése példiiul a láperdők és a ligeterdők életfeltételeit szüntetik meg.

O A szikesek kialakulása, a sziki növényzet jellemzőiA tulaj sxikcscdcsc szoros kapcsolatban van a terület csapa- idékviszonyaival. Ha ugyanis az éves csapadékmennyiség nagyjából megegyezik azzíil a vízmennyiséggel, amely egy év alatt it talajból elp<írolog, semleges pH-jú mezőségi talajok alakulnak ki. Ha több csapadék hull, mint amennyi elpiírolog, a talajban lefelé mozgó víz magával viszi a talaj különböző összetevőit is, legnagyobb mértékben iiz oldott ionokat, kisebb mértékben a kolloidális méretű komponenseket, amelyek viszont a felületükön adszorbeálódott ionokat is magukkal viszik. A folyamat a kilúgozódás. amely a talaj felső rétegét érinti. Ennek eredményeképpen bázikus ionokban szegény, savanyú talajok alakulnak ki. Ha azonban egy területen több víz párolog el a talajból, mint amennyi éves viszonylatban eső fonnájában lehull, a talajra aluliól felfelé irányuló vízmozgáslesz a jellemző (főleg a meleg nyári idősz ikban), és ez lesz az ionok vándorlási iránya is. Elsősorban a mozgékony, kis átmérőjű nátrium- és káliumionok mozognak a vízzel együtt felfelé. A. felszínen összegyűlő kálium- és nálriiimiomfk sói eredményezik a szikes talajt. Ezek lúgos hidrolízise iniatt a szikesek talajainak kémhatása lúgos lesz.

A kedvezőtlen fizikai és kémiai tulajdonsi'igú szikes talajokat csak a sós, sivatagi köiülményekhez alkalmazkodott növények képesek elviselni. Gyökérzetük általában erős, nagy szívóerejű. Sziiruk és levelük gyakran pozsgá.s, a talaj felszínén szétterülő.

A szára/ szikeseken szikes puszUirél alakul ki. Ezeken csak tavassziü van hossziibb-rövidebb ideig tartós vízborítás, nyárra kisz<tradni»k. Jellemző növényei a sovány csenkesz, a sziki üröm, az eperhere. A sziU'az szikesek szél.ső.séges, felszíni sófelhalmozódású helyein alakul ki a vakszik növényzete. Jellemző növényei a bárányparéj és a kamilla.

A nedves s^kcsck vízborítása egész nyiírra elhúzódhat. Jellemző ősszel a sziki őszirózsa tömeges előfordulá.sa. (97.1. ábra)

97.1. Kiszáradt nedves, szikes terület i\ Kiskunsitgon

O A szilikát, a mészkő és a dolom it sziklagyepek jellemzői és összetételeA sziklai szukcesszió folyamatai a különböző összetételű sziklákon zajlanak. A kőzetek aprózódási és kémiai mállási folyamatai között jelentős az eltérés, ezért a különböző kőzeteken eltérő a szukcesszió sebessége, és a megtelepedő növények is más és más fajok közül kerülnek ki.

A vulkanikus kőzetek szilikátokban g<izdag anyagai könnyen mállanak, gyors a talajképződés, és ennek megfelelően gyors a vulkanikus kőzetek szukcessziós folyamatainak sebessége is. Ez a ma* gyiUctzata annak is, hogy a nyílt szikia^> c|>ck vulkanikus alapkőzeten ritkák, gyorsan záródnak, majd erdősülnek. Nyílt gyepeket csak a legmeredekebb onnokon, hegyoldalakon lehet találni. Nálunk ilyen


például ií fúzéi í Vi'u hegy vegetációja. A pionírok moha- és zu iTiófajok közül kerülnek ki. Őket a sziklalakó páfrányok kövelik, például az észíikl fcxiorka és a szlilipáfrány. A Zíírtuhb gyepekre a páiwlt- füvek jellem zők, m int például a sziklai csenkesz. A Ziíród<tssal s/Jlíkát s/tyc|>prcl alakul ki.

A iiiés/ko a vulkanikus kőzeteknél lényegesen lassabban mállik. ezért u z<íixSdásÍ folyamat is tovább tail. A nyílt nics/ko s/.íkla^yepi'k pioníijai (a mohák és a zuzmók mellett) a sziklalakó páfrányok, mint például a kövi fodorka. Rajtuk kívül a kőtörőfüvek a legelterjedtebbek. A 2u'u1 abb gyepek és a mészkő lejtősztyepprét védett növényei a leánykökörcsin, a fekete kökörcsin, a tavaszi hérics. Mészkő sziklagyepek haziinkban <i mészkővidékeken mindenütt - a Bükkben. a Mecsekben, a Bakonyban stb. - megtalálhatók.

A dolomit s/ukcx^s/íója a mészkőétől eltérően z<ijlik, ugyanis nagyon nehezen és lassan mállik. ellenben jól aprózódik. Ennek eredményeképpen kőzúziílékos, görgeteges, jneredek lejtők alakulnak ki. A cloloinit s/ikiag,vcpck sajátos növényegyütteseinek kialakulása annak a következménye, hogy a sekély talajú sziklák hőingadozása nagy. tavasszal a déli oldalakon gyorsan felmelegszenek, az északi fekvésű völgyek viszont sokáig hidegek maradnak. Mindez kis teiületen ellentétes mikro- klímájú zugok kialakulásával jár, amelyeken bidegkedvelő niagíisbegyi és melegkedvelő mediienán fajok egymás közelében élhetnek. Az ilyen mikroklímazugok kedveznek a maradványfajok fennmaradásának. Melegkedvelő dolomit reliktuirunk például a pilisi len. alhavasi reÜktumunk pedig a cifra kankalin. Legszebb és különleges fajösszetételű dolomitkopáraink a budai hegyekben (Sa.s-hegy. Hánniíshatár-hegy, Csíki-hegyek), a Vértesben és a Keszthelyi-hegységben t<ilálhatók. (98.1. ábra)

O A sziklagyepeket fenyegető veszélyekA sziklagyepeket fenyegető veszélyek közül a legnagyobb az 50-es évek kopárf'ásílása volt. Ekkor ugyanis minden talpalatnyi zugot hasznosítani akaHak. és ezéil kezdték el a .Jcopáifásítást". a természetes (ökológiai) okok miatt erdőtlen temletek fával való betelepítését. Ekkor ültették be fekete- fenyővel Nagyszénást, kezdték meg a budai hegyek egyéb részeinek is a ,Jiasznosítását” . Ezek a tevékenységek katasztrofális hatásokkal júitak. Sziimos ritka, különleges dolomit sziklagyep ment menthetetlenül tönkre, meit az agresszív feketefenyő nehezen bomló tűleveleinek avarja a fák alatt felhalmozódott, és kipusztította az ősgyepek pótolhatatlan fajait és növényegyütteseit. Ma óriitsi erőfeszítésekkel próbálják a tennészetközeli állapotokat visszaállítani.

Napjaink sziklagyepeket fenyegető veszélye a fokoz/Kló luri/.iiiii.ssal együtt járó íaiH>sás és rás, valamint a porló dolomiton való m<>í()kr()ssz(^zds és kerék/xímzós.

98.1. A szilikát sziklagyep (/l). a mészkő sziklagyep növénye: a deies csenkesz (C), a dolomit sziklagyep növénye; a ködvirág (C

V

C SVA

•

\ ic7* .\,,

' V -

• f U : ' '

l \

1 0 0 A BIOSZFÉRA

1 9 . A bioszféra globális folyamatai


O Éitelm ezze a bioszférát ökoszisztém aként (Gaia).

© Soroljon fel és magyarázzon el civilizációs ártalm akat (helytelen életm ód, kábítószerfogyasztás. túlzott gyógyszerfogyasztás, vegyszerek károsító hatásai).

© Tudjon példát mondani a tennészetes növény- és állatvilágot pusztító és védő emberi beavatkozásokra (pl. az esőerdők irtása, a m onokultúrák hatása, kőolajszennyezés, nem zeti parkok, nem zetközi egyezm ények). Hozzon példát hazai lehetőségeinkre é.s felelősségünkie (pl. vásárlási szokások).

O Tudja, hogy a globális problémák között tiutjuk számon a népességiobbanást. a globális felm elegedést, a hulladékproblém át, a savasodást, a tengerek és óceánok, édesvizek pm blém áit, az ózonpajzs csökkenését. Ismertesse, miért lehetnek ezek ökológiai válság tényezői.

© M agyarázza el, hogyan függ össze az ökológiai válság társadalmi és gazdasági kérdésekkel.


© Ism ertesse a városok ökológiai hatásait.

O Ism ertesse a közlekedés (úthálózat) ökológiai hatásait.

© Tudja, hogy a mennyiségi növekedésnek a Földön anyagi és energetikai korlátai vannak. Ism ertesse a fenntartható fejlődés fogalmát.

O A G aia e lm é le t

Az elm élet az egész F ö ldet egyetlen ö k osz isz tém ának , más megközelítésben egyetlen szervezetnek tekinti. A Föld eszerint él, azaz a Föld az élő bolygó. A hogyan egy sejt. majd m agasabb szerveződési szinten egy egyed az élet megjelenési form ája, úgy maga a bolygó is- a populációk és az életközösségekből szerveződve - él. Az elm élet nevét WHIiam Golding [viliem golding] világhírű angol író adta, az ókori görögök földistenéiől. Az elmélet megalkotója Jam es L o veh ck [dzsémsz lávlok] angol tudós, akihez csatlakozott Lynn M argulis [lin miíigulis] is. Az elm élet hívei elsősorban Földünk m űködésének ö n szab á ly o zásáb an látják az elm élet bizonyítékát.

O A he ly te len é le tm ód

A hely telen életm ód gyűjtőfogalom . Szám os oka és következm énye van. Egyik összetevője a helytelen táplálkozás. Hazánkban átlagosan túl nagy az egy főre eső energiafelvétel, ráadásul ennek mintegy 40% -a zsírból .származik, m éghozzá állati eredetű zsírból, am ely kedvezőtlenebb a növényi eredetű zsiradéknál. Magas a cnko/fogyasztás is (édességek, üdítőitalok), ugyanakkor kevés a fehérje- (tej, tejterm ék, hús) és a gyüm ölcsfogyasztás. Érthető, hogy ez

A BIOSZFÉRA GLOBÁLIS FOLYAMATAI 1 0 1

Anyag Hozzászokás Pszichikaifüggőség

Fizikaifüggőség

Morfin ++ + + + ++ +

BarbiturátoK + + + + + +

Kokain - + + + +

LSD + + + -

Hasis + + + -

Alkohol + + + ++

Nikotin + + + +

tú lsú lyhoz vezet. Az elhízás számos betegség (magas vérnyomás, cukorbetegség, koszorúér- rendellenességek stb.) oka lehet.

M indehhez m ozgásszegény é le tm ó d já iu l. Pedig a mozgás növeli szervezetünk ellenálló képességét és alkalm azkodóképességét, egyben csökkenti a civilizációs ártalmakból fakadó m egbetegedések kialakulásának valószínűségét.

K ábítószer-fogyasztásM agyaroiszagon az utóbbi időben terjedt el a k á b ító sz e re k egyre nagyobb arányú fogyasztása. Hazánk régebben a Nyugat-Európa felé irányuló drogkereskedelem egyik átm enő útvonalába esett, ma már azonban célország.

A zokat az anyagokat tek intjük k áb ító szereknek. am elyek az id e g re n d sze rre gyakorolt hatásuk által álmenetWeg kellem es közérze te t, ha llucinációkat, a valósáf;tó l való elszakadást, mám oros állapotot eredm ényeznek. A kiváltott érzések utáni vágy teszi a szerek rab jává a fogyasztókat, és ron tja m eg 101.1. Drogok összehasonlítiisa függőség alapján idővel az egészségüket, és teszi tönkre egészéletüket. A szer utáni vágy elhatalm asodhat, m inden m ást m egelőzhet, ekkor beszélünk függőségről. A függőség kialakulásának élettani és lelki alapja egyaránt van. (loi.i.áhno

A kábítószerek között m egkülönböztetnek „kem ény" és „láf{y" drogokat. A kemény drogok közé tartozik a heroin, az ópium szárm azékok (például a m oifium) vagy a crack, a lágyak közé sorolják a hasist, a marihuánát és egyesek az LSD-t is. Kétségtelen, hogy a lágy szerek esetén kisebb fokú a hozzászokás veszélye, egy ideig lassabban is növekszik a függőség kialakulása, és enyhébbek az elvonási tü n e te k is. A tapasztalat szerint azonban a lágy drog felől egyenes az út a kemény drogok fogyasztása felé, ezért megengedhetetlen, hogy valósággá váljon az a javaslat, am ely a lágy drogok engedélyezését vetette fel.

A mákgubóból, kokacserjéből vagy a vadkenderből előállított kábítószerek, az ópium, a hasis, a kokain és a marihuána, természetes anyagok. A kokain és a hasis okozta de líríum olyan m értékű zavartsággal járhat, hogy feltétlenül orvosi kezelésre lehet szükség. Vannak nagyon veszélyes, hasonló hatású szintetikus (m esterségesen előállított) szerek is. ilyen például az úgynevezett „ cravk '\ amely a kokain szintetikus foimája. Nagyon erős hiánytüneteket kelt. ugyanakkor erősen oldja a szorongásokat és a gátlásokat is, a hozzászokottak agresszív cselekm ényei egyre gyakoribbak. Az LSD olyan mértékben zavarja meg a valóságérzetet, hogy az LSD -szedők gyakran valóban .,elszállnak” , például kiugranak az ablakon. A kábítószer-fo- gyasztás- és kereskedelem egyre nagyobb mértékben kötődik a diszkókhoz. Az utóbbi időben leginkább az ecstasy és a sfyeed fogyas-ztása terjed ezeken a szórakozóhelyeken.

0 Az eső e rd ők irtásán a k köve tkezm énye iA tró p u s i esőerdők irtásával kapcsolatban elsősorban azt szokták kiemelni, hogy ezzel pusztul a „Föld tüdeje” . Egy-egy hatalm assá fejlődött fa igen jelentős m ennyiségű szén-dioxidot

1 0 2 A BIOSZFÉRA

von e l a levegőből, és cseréli azt a fotoszintézis során oxigénre. Ezzel egyidejűleg no a szerves anyagba épített napenergia m ennyisége. Ennek igen nagy jelentősége van. m ivel a trópusi esőerdők nettó j;zervesanyag-tei- melése évente mintegy 2.5 kg/m^. m íg például a hazai lomboserdőké 1.2 kg/m^. Ezeknek a területeknek a csökkenése az egész bioszféra ökológiai egyensúlyát veszélyezteti. (Í02.l.áhra)

A trópusi esőerdők iilásának további következményei is vannak. Közülük az egyik a víz köifor^á.sának zovara. Ennek az az oka, hogy az erdő helyén tnegnő a lehullott csapadék elfolyásának mértéke a párolgás és a talajba történő beszivárgás rovására. A trópusi esőerdők felett ugyanis a naponta lehulló csapadékmennyi.ség túlnyomó többsége (a Kongó-m edencében például a Va része) nem a tengerek felől érkező elpárolgott vízből szárm azik, hanem a fák állal elpárologtatott vízből. Erdő hiányában a mai trópusi esőerdők helyén az évi csapadékmennyiség 600 m m -re csökkenne le. M indez hatással van a folyók vízhozam ára is. Azokra a folyókra. am elyek környékéről az erdőket m ár k iirto tták , ma katasztrofális m értékű árvizek és igen alacsony vízszintek ingadozása jellemző.

Az eidőiitások helyén megváltozik a íerm őíafajszerkezete is. Egyrészt könnyen lem osódik (i02.2. ábra), m ásrészt az esőzések annyira kim ossák belőle a szerves anyagot és az ásványi sókat, hogy mezőgazdasági művelésié alkalmatlan, tápanyagmentes, kérges tetejű váztalajok m aradnak vissza.

102.1. Trópusi esőerdő

102.2. Talujcrózió egy meredek Ion u fák kivágúsiít követően

A m o n o ku ltú rá k hatása

A m o n o k u ltú rá k ökológiai hatása kedvezőtlen. Azokon a területeken, ahol valaha az élővilág nagy diverzitású és nagy produktivitású term észetes társulásai éltek, ma gyakran egyetlen faj nagy töm egű, hasonló genetikai állom ányú egyedei tenyésznek m ű tr á g y á z o ttp e r m e te zett viszonyok között. Ez ökológiai szem pontból egyensúlyvesztést eredményez. Tovább súlyosbítja a helyzetet, hogy a hagyom ányos m űvelésű kispaicellás gazdálkodást a hatalm as táblák váltják fel a m ezőgazdaság gépesítése során (I02..V ábra). A korszenJsítés velejárója volt a m ezsgyék, szegélyek, cserjesövények, rézsűk kiirtása. Pedig azok számtalan gerinctelen és gerinces állatnak jelentettek táplálkozó-, fészkelő- és búvóhelyet. Egyben 102.3. Monokultúrás inezőgitzdiiság


- ha részlegesen is — a kísparcellákat is bevonták a term észetes anyag- és energiaforgalomba. A kispaicellák esetében nem volt szükség például perm etezésre, de a korszerű m ezőgazdaság nagyüzemi termelése fokozott vegyszerhasználatra kényszeiül. Utóbbi minden elővigyázatosság ellenére a nem m ezőgazdasági m űvelésű területeket is veszélyezteti, hiszen a m űtrágya bem osódik a talajba. így a csapadékvízzel sokfelé eljut, a perm etezőszereket pedig széthordja a szél.

A kó 'o la jszennyezések hatása i

A k ő o la j okozta szennyezések a talajt és a term észetes vizeket egyaránt veszélyeztetik.A kőolaj a kilajha jutwd a talajszem cséket vékony, eltávolíthatatlan réteggel vonja be. E l

zárja a levegőtől a talaj alsóbb rétegeit, m egakadályozva ezzel a talajban élő állatok, illetve a növények gyökereinek légzését.

A vízhe kerülő kőolaj biológiai következm ényei hasonlóak. A szennyezés közvetlen területein élő, helyüiő vagy lassú mozgá.sú édesvízi és tengeri állatok (szivacsok, csalánozók, puhatestűek) mefifulladnak. Ha partközeli .szakaszok szennyeződnek, elpusztulnak a régióhoz kötődő, ám élőhelyüket el nem hagyó halfajok is. Tengerek olajszennyeződése esetén fokozott veszélynek vannak kitéve a madarak is. hiszen elvesztik táplálékfonásukat. a vízfelszínen húzódó olajfilm ragacsossá teszi tollazatukat, ezáltal röpképtelenné válnak. Fenyegeti őket a hullám zó vizek által szóródó olajperm et, a mentési munkálatok adszorbens anyagai, a megnövekedő nehézgépjárm ű-forgalom stb.

Gazdasági következményei is súlyosak, nemcsak a mentés tetemes költségei, de a halászat vagy a vendéglátás lehetetlenné válása m iatt is.

országos jeieni6s6gú ttivódeimi torzet. ienT«eMtv«d»kn l*rtM

103.1. Magyitrorsziíg nemzeti p;irkjat

1 0 4 A BIOSZFÉRA

A nem ze ti parkok

A nem zeti p a rk . mint fogalom, a term észetvédelm ileg védetté nyilvánítás egyik kategóriája. Egy nem zeti park az ad o tt o rszág je llegzetes, term észetközelí á lla p o tb an lévő o lyan n a gyobb tá ja , ahol az o tt élő növény- é s á lla tfa jo k , a földfelszíni fo rm á k és ezek együttese , tu d o m án y o s és term észeti é r ték szem pontjábó l különleges je len tőségű. A nemzeti parkokban íiaz<iólko<lási tevékenyséíi is folyik, ez azonban harm onikusan beleilhk a táj jellegébe. A komplex természetvédelmi feladatok mellett a nemzeti parkok közművelődési és természeti nevelési feladatokat is ellátnak.

H azánkban Jelenleg tíz nem zeti park található: a D u n a-Ip o ly N em zeti Park. a Körös-M aros Nemzeti Paik, a F e iló -H anság Nemzeti Park, a Balaton-felvidéki Nemzeti Park, a Hortobágyi Nemzeti Park. a Bükki Nem zeti Park, az Őrségi Nem zeti Park. a Kiskunsági Nem zeti Park. az Aggteleki Nemzeti Park és a D una-D ráva Nemzeti Park. (io3.i.ábm)

N em zetközi egyezm ények

A káros környezeti hatások és az ezeket kiváltó okok felismeré.sét követően általában csak az egyes nemzetek közös m egegyezése alapján lehet összehangolt intézkedéseket tenni m egelőzésükre. Ezt a célt szolgálják a nem zetközi egyezm ények. Általában sokoldalúak (számos állam elfogadja és aláírja). Közös jellem zőjük, hogy az elfogadó államok számára töi-vényerejű intézkedéseket írnak elő. N apjainkban mintegy félezer környezet- vagy természetvédelm i nemzetközi egyezmény van éivényben. Közülük számos foglalkozik fajok és (vagy) élőhelyek védelm ével. Ilyen például a ramsari egyezm ény, am elynek teljes neve Egyezm ény a vizes élőh^fyé'kml. 1971 -ben Ramsar váiosában (Iránban van) íilák alá a vizes élőhelyek megőrizve hasznosításának alapelvét megfogalmazó megállapodást. Magyarország 1979-ben csatlakozott az egyezm ényhez. Ebben vállalta, hogy felméri és védelem alá helyezi azokat az élőhelyeket, amelyek mint vízi ökoszisztémák jelentősek, illetve fontosak a vonuló madiuak megpihenése miatt is. Hazánkban ramsari teiületek pl. a Hortobágy, az ócsai turjánvidék és az izsáki Kolon-tó.

Talán még nagyobb jelentőségű a biológiai sokféleség megői-zéséről született riói m egállapodás. A riói csúcs 1992-ben volt. A m egállapodás rendelkezéseit M agyarország 1995-ben ratifikálta.

© A népességrobbanás

Földünk számos pontján olyan ü tem b en növekszik a lakosság, hogy az a jelenleg rendelkezésre álló természeti erőforrásokat tekintve nem látható el m egfelelő életszínvonalon, sőt az élelem - és az ivóvízellátás kérdése is megoldhatatlannak látszik.

1950 és 1985 között a világ népessége évente 1,9%-kal nőtt, szem ben a korábbi évtizedek 0.8% -os növekedésével. Ma a népességnövekedés Ázsiában, Afrikában és Latin-Amerikában ennél nagyobb ütemű (io. .i. ábra). 1950 ó ta a Föld lakosságániik növekedése 85%-ban erre a területre esik. Például Kínában és Dél-Koreában a halálozási ráta 10% alatt van, ezzel szemben a születési ráta 25%. A Föld teljes lakosságának mintegy 40% -a él o lyan országokban, ahol a lakos.ság évente kb. 2%-kal nő. azaz .^4 évenként m egduplázódik. Ilyen ország M exikó, Indonézia stb. Mindebből következik, hogy a gyors népszapom lat szám os országban m egváltoztatta a populációk korösszetételét. A fejlődő országokban, ahol a fiatalok vannak túlnyo-


mó többségben, a potenciális szülők számú magas, és még akkoi is jelentős népességnövekedés várható, ha a párok csak 1-2 gyermeket vállalnak.

A népesség növekedési ütemével foglalkozó EN SZ-jelentés előrejelzései szerint, ha az utánpótlási szintet je len tő népszaporulat Földünkön 2010-re beáll, a világ népessége 2060-ra 7,7 milliárd fővel stabilizálódik. Ha azonban ez csak a következő generációra , 2035-re érhető el, a stabilizáció 2095-re várható, m integy 10 milliárd fővel, ha pedi^ még későbbre. 2065-re. akkor a Föld népessége a következő századfordulóra eléri a 14 és fél m illiárdot.

1 miftirdos núvtkedtsiw SAikseges tvek u i r a

13 0 30 1 7 1 2 9

105.1. A ncpcsNCgsZiiporulat alakuhísa a Földön

A g lo b á lis fe lm e legedés

Az evolúció során a fotoszintetizáló szervezetek szén-dioxid-fogyasztása és a légzés széndioxid-term elése a légkör szén-d ioxid-szin tjét is stabilizálta. Ezt az évm illiók során kialakult egyensúlyi állapotot bontotta meg az em ber az elmúlt évszázadban. Részben a fosszilis energiahordozók egyre növekvő felhasználásával, a fűtéssel, a gépjárm űvek általánossá válásával a lakott teiületeken rendkívüli módon megnőtt a szén-dioxid-kibocsátás mértéke. Addig, amíg 1850-ben a levegő C02-m ennyisége 0,0029% volt. ez napjainkra eléri a 0.04% -ot, és 2020-ra0 ,06% -ot is prognosztizálnak. Ennek következtében fokozódik az ü v eg h ázh atás . A Napból érkező sugáizás egy részét ugyanis a légkör összetevői elnyelik, illetve visszaverik ( i 0 5 . 2 . á b r H ) .

visszaverődés

20%

vissza-ver<5d6$

4 %

henyélés16%

szóródás6%

bőelnyel tivegházhatásd 6% gázok

párolgás áramlások 19% 9%

elnyelt5 1 %

hóeloyelés;Qvcgházhatás

46%

kisugárzás100%

kisugárzás23%

105.2. Üvegházhatás

1 0 6 A BIOSZFÉRA

Az ulfraihoíya sugchzós nagy részét az ózon nyeli el, az infravörös luJsugarakat a szén-dioxid és a vízgőz részben elnyeli, részben visszaveri. Ennek ellenére az elnyelt sugárzás csak kism értékben emeli meg a légkör hőm érsékletét. A légkörön áthaladó rövidebb hullámhosszú, de energiában gazdagabb sugarak elérik a talajfelszínt, amely elnyeli ezeket a sugai akat. A felszíni talajréteg felmelegedése már jelentősebb. Az így felmelegedett felszín kisebb mértékben közvetlen hőátadással, illetve hőelvezetéssel, nagyobb mértékben viszont hosszú hullámú láthatatlan hőkisugárzás formájában leadja a felvett energia nagy részét, am ely a felette elhelyezkedő levegőréteget felmelegíti. A talajfelszín hőkisugái’zását a levegő vízgőz- és szén-dioxid- tartalm a „erről az oldalról is” elnyeli, illetve visszasugározza, tovább növelve a légkör alsóbb rétegei nek hőmérsékletét. Ez az üvegházhatás, am ely napjainkban itz em elkedő légköri széndioxid-szinttel fokozódik, és a légkör átlaghőm érsékletének em elkedését eredményezi. Prognózisok szerint a Föld globális felm elegedése átlagosan az évi 2 ®C-ot is elérheti. Hatásaként a sarkvidékek jégtakarója jelentősen csökkenne, am ely a világtengerek szintjét akár egy m éterrel is megemelheti. Ha a felmelegedés olyan mértékűvé válna, hogy sarkvidékek jege teljesen elolvadna, ez 7 méter tengerszint-emelkedést eredményezne. Ennek beláthatatlan következm ényei lennének a tengerparti országokra nézve. Bár a felm elegedések m értékét illetően a becslések eltérőek, a bekövetkező tengerszint-em elkedés számos országban jelentős károkat okozna. M egváltoznának a nagy földi légm ozgások is, amelyek a csapadékeloszlást befolyásolják. Az éghajlatváltozás hazánkban a folyók vízhozamának csökkenésével, az ivóvízbázisok elapadásával, a je len leg i m ezőgazdasági fennelés íehetetíenné váíásávaí yámá.

A h u llad é kp rob lé m a

A h u llad ék o k az ipar, a mezőgazdaság, a szolgáltatás és a lakosság mindennapi tevékenysége során keletkező anyagok, amelyek a keletkezésük helyén és idejében feleslegesek, hasznavehetetlenek (iw i.i. ábra). A m egfogalm azásból következik, hogy m áskor és m áshol még értékesek, hasznosak lehetnek, ezért lehetnek ú jrah aszn o s íth a tó ak . Ezek általában a papír, a különböző fémek, az üveg, a fexrilhullaclék, a műanyagok. Az újrahasznosításukat biztosítja a hulladék szelektív hegyííjtése. A ve.szélyes hulladékok (gyógyszerek, pennetezőszerek, festékek. hígítók, azbe.sztanyagok. kátrányanyagok stb.) elkülönítése minden esetben szükséges!

Keletkezett mennyiség (m illió t/év)Hulladék típusa

2000 2001 2002 2003

mezőgazdasági és éle[miszer*jparí (nem veszélyes) hulladék 5.0 5.0 5.0 5.0

ipari és egyéb gazdálkodói (t>em veszélyes) huladék 21,5 19.7 19.5 19,4

te l^ü lés j salárd hulladék 4.6 4.8 4.9 4.7

te l^ü lés i folyékony (szennyvíziszap néllóil) hulladék 5,5 4.9 4.8 4.4

települési szennyvíziszap hulladék 0.7 0.7 0.6 0.6

veszélyes hulladék 3,4 2.6 1.8 1.2

összesen 40,7 37.9 36.6 35.3

106.1. A hulliidékok mennyisége Magyaiorsziígon


H azánkban évente mintegy 100 m illió tonna hulladék keletkezik. A háztartások és intézm ények, valamint közterületek hulladékai, beleértve a szennyvizet is, a települési, más néven kom m unális hulladék. Ez az összes hulladék mintegy 15%-át teszi ki. A többi a termelési hulladék. A hulladék egy része sze fves (tnyag (lehullott lomb. ételm aradék, m ezőgazdasági hulladék stb.), ezek komposztálhotók. A nagyüzemi kom posztálásban a term észetes lebontás megy végbe oxigéndús körülm ények között, felgyorsítva. A hulladék je len tős hányada újrahasznosítható. A települési hulladék mi ntegy harmada égethető el. és nyerhető belőle energia. A hulladék jelentős része azonban hazánkban m a még szem étlerakókba kerül. Ezeket előbb- utóbb földelik, majd rekultiválják. azaz erdőt telepítenek rá. A veszélyes h u llad ék o k a t előbb á r ta lm a tla n íta n i kell. ami költséges eljárás.

A hulladékkérdés alapproblém ája az. hogy az egyre növekedő m ennyiség m egnyugtató és környezetbarát módon történő m egsem m isítésére nincsenek meg az anyagi és műszaki feltételek.

A savasodás

Az elégetett fosszilis tüzelőanyagok, elsősorban a b a rn aszén és a kőo la j esetenként jelentős m ennyiségű ként tartalmaz. E légésükkor kén-d iox id (SO j) keletkezik, am ely a levegő víztartalm ával reagálva kénessavvá (H ,SO ^) alakul. A kénessav egy erősen redukáló, roncsoló hatású vegyület, am ely a csapadékkal a földre ju tva károsítja a környezetet. A savas esők hatására <iz erdők kipusztulnak, az édesvizek savanyodásnak indulnak, a műemlékek károsodnak. H a a kénessav kénsavvá oxidálódik, a hatás még fokozottabb.

A légköri gázok közül hasonló hatásúak a kipufogógázokban lévő különböző összetételű n ítrogén*oxídok is, amelyek a m otorban a levegő nitrogéntartalmának elégése (oxidálódása) során keletkeznek. Ezek jelentősége a savasodás szempontjából azonban arányaiban kisebb.

A v ízvéde lem kérdése i

A Föld lakosságának gyarapodása, a ci vilizációs igények egyre több tisz ta vizet igényelnek. A Föld vízkészletei - különösen az édesvizeké - végesek. Ma a természetes vizeinket egyrészt a szennyező anyagok, másré.szt a korábban át nem goixlolt vízrendezések veszélyeztetik (ioK.i.ábra).

A tengerek vizét leginkább a tengeri kőolajhányászattal kapcsolatos szennyeződések, valam int a kőolaj szállítása során bekövetkező balesetek fenyegetik. A vízbe kerülő kőolaj- szánnazékok azon túlm enően, hogy a növényekkel vagy állatokkal közvetlenül érintkezve azok pusztulását okozzák, a víz felszínén vékony film et képezve szétterülnek, és hatalm as víztöm eget zárnak el a levegőtől. A fellépő oxigénhiány miatt a m élyebb vízrétegekben élő élő lények is elpusztulhatnak. A parti, élőlényekben leggazdagabb zónák életközösségeit a szárazföldről beöm lő folyók szennyezett vizei veszélyeztetik.

A vizek szennyeződését a m egnövekedett szetvesanyag-tartalonu a szervetlen ionok fel- dúsulása, a m érgező anyagok, a tenn ikus szennyezés (üzem ek, erőm űvek meleg vizét term észetes vízbe engedik), valamint radioaktív anyagok vízbe keiülése egyaránt eredményezheti. A különböző m érgező vegyiUetek (gyom irtók, permetezőszerek), nehézfém -ionok (kadmium, cink. ólom . higany, réz, nikkel), ipari m ellékterm ékként vízbe kerülő egyéb szennyező anyagok azért nagyon veszélyesek, mert beépülnek a táplálékláncba, és esetleg nemzedékekkel később, feldúsulva fejtik ki hatásukat. A tengervízből a táplálékláncon keresztül, az elfogyasz-

1 0 8 A BIOSZFÉRA

tott tengeri halak közvetítésével az em beri szervezetben feldúsuló higany okozta például Japánban a M inamata-betegséget.

V annak olyan tengerek, nagy tavak és folyók, amelyek veszélyeztetettsége a teim észe- tes vízháztaitásba történt emberi beavatkozás következtében alakult ki. A Kazahsztánban és Ü zbegisztánban lévő Aral-tó a világ negyedik legnagyobb tava volt. A tavat tiípláló két legnagyobb folyó, az Amu-d«u ja és a vSzir-

daija vizének nagy részét azonban öntözés céljára elterelték. A tó vízfelülete 1980-ra eredeti felszínének 60% -ára csökkent, vízszintje pedig 13 métert süllyedt, napjainkra pusztulása már nem állítható meg. A z a ló, am ely 1960-ban évi 45 000 tonna halat adott az em berek asztaláia, az napjainkra m ár nem halászható.

Szennyező anyag Előfordulásila jtá ja arány (%)

kőolaj és származékai 37.4

kommunális szennyezések 4,2

szerves ipari szennyezések 9.5

szervetlen ipari szennyezések 4.6

növényvédőszer 1.5

hígtrágya 6.9

műtrágya 0,8

rothadó szerves szennyező anyag 1.9

ammőnium 0.4

egyéb szennyező anyag 13.0

isn^retlen szennyező anyag 19.8

összesen 100.0

108.1. A víz leggyakoribb sz.ennyez6 anyagiii

Az ózonpa jzsAz ózon ( O 3 ), oxidiíló hatása miatt a sejteket roncsoló gáz. Bomlékony, bomlása soián oxigénné alakul. Az ultraibolya sugái*zás hatására újrakeletkezik m olekuláris oxigénből, és 15-30 km m agasságban gyűlik össze. M ivel az ózon az ibolyántúli napsugarakat e lnyeli, nagy jelentősége van a földfelszín védelmében a napsugáizás káios hatásaival szemben. Ezért is nevezik ózonpajzsnak. A felső légkörbe került atom i klór, fluor és bróm pusztítja az ózonréteget, és főleg a téli hónapokban ózonlyuk kialakulásához vezethet a sai- kok felett áhra). A klór és fluor .szénvegyületekkel (CFC, HFC) keiiilnek a levegőbe. 108.2. Azózonpajz.s az Antarktisz fölött a legvékonyabb

O Az ö ko ló g ia i vá lság tá rs a d a lm i és gazdaság i vonatkozása iA gazdasági és ökológiai kérdések összefüggenek, és ezeket együttesen kell figyelembe venni a döntéshozatali folyamatokban. Ez a ?;zegény, elm aradott térségekben mutatkozik meg leginkább. Egy .szegény országot (népet, em bert), am ely például csak fakiterm eléssel képes bevételhez (tüzelőhöz stb.) jutni, nem lehet meggyőzni az erdőirtások hosszabb távon jelentkező káros hatásairól. Az agrárpolitika és az energiapolitika összekapcsolódik a globális környezeti válsággal, de fordítva is igaz. az élelem vagy az energia biztosítása után lehet csak egy országot (népet, em bert) gondolkodásm ódjának m egváltoztatására rábírni.


O A városok ökológiai hatásaiA 20. sziiziid elején a Földön csiik minden tizedik ember élt városban. Ma az emberek fele városi lakos, miközben az emberiség létszáma száz év alatt 2 milliárdrcSi 6 milliárdra nőtt.A nagyvárosok születése - úgy látszik - a fejlődés velejárója, a maguk számos - közöttük ökológiai problémáival együtt.Egy-egy nagyváros terjeszkedése évente több ezer hektár természetes életközösséget semmisít meg. Kis teiületen kell milliókat ellátni élelemmel vízzel, energiával, gondoskodni utazíísukróK a keletkezett szennyvízelvezetéséről, egészségügyi és oktatási intézményekről. A nagyvárosok napjainkra elérték fejlődőképességük határát. A levegő rendkívül szennyezett (109.1. úhra), ez fokozódhat a téli hónapokban, mindennaposak a közlekedési dugók. Az ivóvíz vagy szennyezett, vagy túl sok vegyszert (klórt) tartalmaz.

A városok mesterségesen létrejött (-hozott) ökológiai rendszerek. Sajátos - melegebb - városklíma alakul ki. mert az a.szfalt- és betontömeg felmelegszik, de a hiízak „erdeje” nem engedi a felsziilló légmozgást. Gyakori a szélcsend, no a ködös napok sziíma, sőt nőhet a helyi záporok száma is. A városi levegő összetétele megváltozik, nő benne a szén»dioxid arányci. jelentősen megnő a szennyező gázok és a por mennyisége. Főleg az útiest. illetve a jiudiiszint feletti O.S-I méter a legszennyezettebb a kipufogógázok miatt. Ezért a nagy forgalmú belvárosi utcá* kon a kisgyermekek babakocsiban való ..levegőztetése” többel árt, mint használ. A levegő szennyezettsége miatt egész.ségtelenek a belviírosokbim rendezett futóversenyek is. A városok élővilága rendkívül f(ijsiegény\ csak néhány fafaj és madár tudja elviselni a városi viszonyokat. A korábban kedvelt ütszegélyfák (platán, vadgesztenye, japánakác) nem képesek alkalmazkodni. A parkok gyepében a pázsitfüvek helyett, a taposiíst jói tűm, néhány gyomfaj (pl. parlagfű, madárkeserűfű) válik meghatározóvá.

109.1. Füstköd egy nagyváros felett

O Az Úthálózatok ökológiai hatásaiAz útliáló/atoknak az élőhely egyes részeinek közvetlen megsemmisülésén kívül egyéb súlyos ökológiai hatásai is vannitk. Élőhely-fragmentációnak nevezzük iizt a folyamatot, amely során egy nagy. összefüggő élőhely mérete csökken, és az több darabra szakad. Ennek száiiKis következménye van:- No az utak menten az állatok pusztulásának veszélye. Egy felmérés szerint <tz U.SA-ban az utakon

naponta elütött emlő.sállatok sz<tma meghaladja az egymilliót.- Megváltozik az állatok viselkedése a zavarás és a zajhatások miatt.- Megváltozik a fizikai környezet, változnak ugyanis a fényviszonyok, a mikroklíma, a légmozgás.- Megváltozik a kémiai környezet, pl. a kipufogógázok bekerülnek a levegőbe.- Az út segíti a mozgékony, invázióra hajlamos növény- és állatfajok elterjedését.- Felerősödik az emberi (antropogén) h<ttás, például a bolygatás, a taposás és a szemetelés.

O A fenntartható fejlődésAz ENSZ közgyűlése 1983-ban hozta létre a Környezet és Fejlődés Világbizottságát. A bizottság 1987-ben jelentette meg vizsgálódásának eredményeit és javaslatait Közji>s jövőnk címmel. Ebben foglalkozott a Icniitartható Icjlődés legalapvetőbb problémáival, a népességszapoiiilat, az élelem- és az energiakérdéssel, összekapcsolva ezeket a faj- és élőhely védelemmel.

1 1 0 A BIOSZFÉRA

fhiorezüsthiganyc ir *

ölömón

votfrámvörösréz

föUázk olaí

nlikelmangAnvas

foszfátalum inum

kr<ynsz«n

S -

s-5

«cSa

A z bizonyos, hogy hosszú távú stmlégiát kell kidolgozni, amely lehetővé teszi a környc/etkí> iiicio liJhKlést. Mindez csak nemzetközi összefogással valósítható rneg. A környezet megóvása érdekében együttműködési kell kidolgozni a gazdaságilag fejlett és a fejlődő országok között olyan közös, kölcsönösen előnyös megoldások érdekében, amelyek figyelembe veszik <12 emberek, az erőforrások, a kömyezet és a fejlődés kölcsönhatásait.

A világ sok táján a népesség olyan ütemben növekszik, amely nem tartható fenn a rendelkezésre álló tenncszeti erőforrásokat tekintve.A probléma alapvetően nem is az emberek száma. hanem az, hogy ezek a számok hogyan aránylanak a rendelkezésre álló erőfornísokhoz (110.1. ábra). 1950 és 1985 között a világ népessége évente 1,9%-kal nőtt, szemben a korábbi évtizedek 0,8%-os növekedési arányával. Ma a gyors népességnövekedés Ázsia, Afrika és Latin-Ame-rika fejlődő térségeire jellemző. Ilyen ország Mexikó. Indonézia. Kína stb. Az iparilag fejlett orszií- gokbitn a népszaporulat csökkent, és a lakosság száma sokkal kisebb ütemben nőtt.

Mindez felveti az élelem biztosításiinak kérdését. A statisztikák szerint a világ gabonatennelésének növekedési üteme állandóan meghaladja <1 népesség növekedési ütemét, ennek ellenére évről évre nő az elégtelenül táplált, sót éhínségben szenvedők sziíma. Az élelmiszer*ellátás biztosítása megköveteli az ENSZ sziímára a felvásárlás és az elosztils új rendszerének kidolgoziísát.

További alapkérdés az encr^a hi/t()sítá.sa. A fosszilis fűtőanyagc készletei kimerülőben vannak, és kömyezetszennyező hatá.saik nyilviinvaJóak. A folyók vízlépcsőrendszerei csiik időleges és kis teljesítményű megoldásokat tudtak felmutatni, ugyanakkor az általuk okozott ökológiai kiírok katasztrofális mértékűek. Az atomerőművek nem váltották be a hozzájuk fűzött reményeket, a radioaktív hulladékok biztonságos tiíroliisa megoldatlan.

Egy biztonsiígos és megújuló energi-aforrás a hannonikus fejlesztéshez alapvető fontosságú. A fenntiutható fejlődés szükségszerűsége, hogy a gazdasági növekedés bámiely új korszakának lényegesen kevésbé energiaigényesnek kell lennie. (1 1 0 .2 . ábra)

2000 2050 2100 2150 2200 é v s z é m

110.1. A z ilsviínykincskészletek kimerülése

1998 2015

Olaj0 . 5 % ' / \ ' vízenefota 3.8%

napenergia szélenergia 0.7% 1.0%

napenergia 6.6% feketeszén

7.1%

110.2. A z l99S-(is és u válható cncrgiafclhus2:náliís Németországban

AZ ANYAGFORGALOM ÉS P d ENERGIAÁRAMLÁS 1 1 1

2 0 . Az anyagforgalom és az energiaáramlás


O Ism eitesse az ökoszisztém a fogalm át, értelmezze az életközösséget ökoszisztémaként.

O Eitelm ezze és példák segítségével m utassa be a termelők, a lebontók és a fogyasztók szerepét az életközösségek anyagforgalmában és energiaáiamlásában. Fogalmazza meg a táplálkozási lánc és a táplálkozási hálózat különbségét.

© Eitelm ezze a szén és az oxigén körforgásának útját: az autotróf és a heterotróf élőlények szerepét, a humuszképződés lényegét, a szénhidrogén- és a kőszénképződés okát, a kai - bonátkőzetek keletkezését. Értelm ezze az élőlények szerepét e folyam atokban.


O Éltelm ezze az ökoszisztém a tagjainak kölcsönös egym ásrautaltságát, a ragadozók szerepét a társulás stabilitásának fenntartásában.

o Elem ezzen táplálékhálózatot. Ism ertesse a foszfor köifogásában a tengeri madaiak szerepét, a biológiai ciklusból való kilépés lehetőségét (foszfátüledék).

© Á bra segítségével elem ezze a lebontó .szervezetek, a nitrogéngyűjtő , a nitrifikáló és a denitrifikáló baktériumok szerepét a nitrogén körforgásában.

O É ltelm ezze, hogyan függ a biom assza és a produkció a globális éghajlati tényezőktől. H asonlítsa össze a produkció, a biom assza és az egyedszám fogalm át. Értelmezzen „ökológiai produkciót és energiapiram ist” .

O Az ökosz isztém aAz ökoszisztém a ökológiai rendszeri je len t. A hangsúly a rendszer szón van. Az ökoszisztémák nyílt anyagi rendszerek. É lőlényközösségekből (más néven társulásokból) és azok abio- tik u s környezetébő l szerveződnek, bennük az anyagforgalom és az energiaáram lás valósul meg, am elyek a táplálékláncok és -hálózotok rendszerében nyilvánulnak meg. A kívülről érkező hatásokra az összetevők jellem zőik megváltoztatásával (pl. egyedszám , egyedsuinlség) reagálnak, és ezáltal biztosítják a fennm aradásukat. Tehát az ökoszisztém ákra is szabályozás jellem ző, akár a szervrendszerekből felépülő szeivezetekre. A szabályozás eredményeképpen az ökoszisztém ákban is viszonylagos belső stabilitás (homeosztázis) alakul ki. Ha ez valamilyen hatásra felborul, a rendszer m egszűnik és egy másik rendszerré szerveződik. Ennek m egfelelően ökoszisztém aként vizsgálhatunk egy életközösséget, egy biom ot vagy akár az egész bioszférát a maga egységében. Ugyanakkor ökoszisztéma egy szen'eződésében működési egységként, önálló rendszerként működő tó , pocsolya vagy erdő is. Minden ökológiai szerveződés ökoszisztém ának nevezhető, ha m egfelel egy rendszer kritériumainak.

O A tá p lá lko zá s i lánc és a tá p lá lko zá s i há lózatA társulások nyílt anyagi ren d szerek , ezért a m űködésükhöz felhasznált energiát állandóan pótolni kell. Az energiát a zö ld növények (és kism értékben egyes baktérium ok) „hozzák be”

1 1 2 A BIOSZFÉRA

a társulásbu. A zöld növények színanyagaik segítségével képesek a napenergia elnyelésére és hasznosítására. A napeneigia így mint kémiai energia, szerves vegyületek form ájában áll a társulás rendelkezésére. Az állatok a növények vagy más állatok testanyagainak elfogyasztásával jutnak ehhez hozzá. így a táplálkozási kapcsolatok (akár mint fogyasztó, akár m int fogyasztott) valamennyi populációt érintik. A populációk közötti egyirányú fo- g y asz to tt-fo g y asz tó kapcsolatok a lko tják a tá p lá lék lá n c o k a t ( ii2.i.ábm). Ilyen például a káposzta káposztalepke hernyó fekete rigó karvaly, valamint a rozs mezei pocok —> róka lánc. Mivel az alm am oly hernyóját vagy a mezei pockot számos m ás faj is elfogyaszthatja, a táplálékláncok a term észetben a táp lá lk o zás i h á ló za to k ( ii2.2.áhi-a) bonyolult rendszerét képezik. Első lánc.szemeazonban a legtöbb esetben egy autotróf szervezet. Mivel a Nap energiájának beépítésével szervetlen anyagból képesek szerves vegyületek felépítésére, te rm e lő szervezeteknek nevezzük őket. A második láncszemtől következnek a fogyasztók. A növényevők az elsődleges fogyasztók, a ragadozók m ásodlagos, hímiUKflagos vagy akár negyedleges fogyasztók is lehetnek. M ásodlagos fogyasztó például a növényevő rovarokkal táplálkozó kék cinke, harmadlagos pedig a kékcinkét zsákm ányoló karvaly. A táplálkozási hálózatok utolsó láncszem e mindig

112.1. Egy hiíiomtiigú láplálckhínc

112.2. Táplálkozási hálóziit 112.3. Az anyag- és energiuiírumhls a társulásokb;in

AZ ANYAGFORGALOM ÉS P d ENERGIAÁRAMLÁS 1 1 3

egy ragadozó, am ely csak fogyaszt, de őt már nem fogyasztják, ezért c sú csrag ad o zó n ak nevezzük. A harmadik csoportot az elpusztult szervezetek anyagait hasznosító lehontók alkotják . A lebontók lehetnek állatok (például a keselyűk, számos bogárfaj), gom bák és baktérium ok.

A különböző táplálkozása élőlények a társulások tápláíkozósi szintjeit képezik.A táplálékláncok révén a társulásokbarfc anyagkörfo rgalom és e n e rg ia á ra m lá s valósul meg (112J HbrH). A növények által felvett szervetlen anyagokból a Nap fényenergiájának segítségével növényi szerves anyag lesz. A növények testanyagaik formájában raktározzák a kémiai energiává átalakított napenergiát, am ely ilyen formában biztosítja a fogyasztók számiua a táplálékot, és ezen keresztül az életm űködésükhöz szükséges energiát.

O A szén és az ox igén körfo rgása

A fotoszintetizálók a légköri és a vízben elnyelt szén-dioxidból szén h id rá to k a t állítanak elő, m elyek más szerves vegyületekké alakulnak. A növényi szerves anyagokhoz kötött szén egy része a heterotróf szervezetekben az energiaterm elő folyamatok során vízre és szén-dioxidra bomlik, majd légzéssel a környezetbejut vissza. A légkör szén-d íox id jának legnagyobb része a talajban é lő m ikroszervezetek b o n tási fo lyam ataiból szárm azik . H a a lebomlás évm illiókon át oxigénm entes, a szerves m aradványokból kőolaj és szén keletkezik.

Ezáltal a bennük tárolt szén hosszabb időre kiesik a köifoigalomból. Ha ezeket az anyagokat az em ber a felszínre hozza és felhasznétlja, a felszabaduló szén-dioxid és szén-m onoxid újra visszajut a ciklusba. Esetenként a vulkáni működés is széngázokat juttat a légköi-be. A vizekben is lejátszódhat a szén egy időre történő kiválása. Ilyenkor a szén-dioxid kalcium-karbonátként halmozódik fel, és mészkő keletkezik. A felszínie keiült mészkőből a savas víz vagy a növényi gyökerek savas váladéka szén-dioxidot szabadít fel, s a szén a körforgásba keilil. (ii.^.i.úbra)

113.1. A .szén köiforgásii

1 1 4 A BIOSZFÉRA

•űt. szerves anyag ■ BÍíf'íV.'rííw'«r=«s^-'■' i á ^

114.1. A z ox igén kötfoigiisij

Az oxigén a légkörből kerül a vizekbe és a talajba. Nélküle a m agasabb rendű élőlények képtelenek lennének az életfolyam ataikhoz szükséges energiái szerves anyagaikból felszabadítani. Az élőlényeken kívül ma m ár je len tő s m ennyiségű oxigént fogyaszt az ipar. a m ezőgazdaság és a közlekedés is.U gyanakkor az oxigén visszapótlásának kizáró lag egyetlen fo rrá sa van, a fo toszintézis. (114.1.Hhra)

A hum uszképződés lényege

Az elfmszfitlr élóléuyek szerves anyagai a talajban elhomlanak, és hum usszá alakulnak. A hum uszképződés kiindulási nyersanyagát elsősorban növényi m aradványok szolgáltatják, főleg a nagy tömegben talajra hulló lomblevelek. A szerves anyagok lebom lásának sebessége függ a kémiai ö.sszetételüktől, a talaj állapotától, a benne élő szervezetektől. (A kevésbé „fejlett", a kiindulási kőzethez még hasonló talajban az élőlények kis szám a miatt lassúbb.) A végterm ék általában szén-dioxUl és víz. Az állandóan újra és újra felhalm ozódó szerves anyagnak mindig lesz egy adott lebomlási állapotban lévő, kolloid méretű, felgyülemlett része, ez a hum usz.

A hum usz sötét színű, bonyolult összetételű kom plex anyaf>. Kémiailag a máliási folyamatokkal szemben viszonylag ellenálló ligninből, különböző máliási állapotban lévő cellulózból és cellulózszárm azékokból, fehérjékből, valamint ezekhez kapcsolódó szerves savakból áll.

A szénh id rogén- és a kőszénképződés okaiMai ism ereteink szerint a szénhidrogének szerves eredetűek. Ennek szám os bizonyítéka van. Közülük a legjelentősebb, hogy a kőolajban számos szerves maradvány figyelhető meg. elsősorban algák, gombák, baktériumok és spórák maradványai. Keletkezését - szerves anyagokból oxigénmentes környezetben - baktériumok indítják el. Eire az a bizonyíték, hogy a kőolajban, illetve a kőolajtaitalmú vizes iszapokban találhatók olyan baktérium ok, amelyek .szerves anyagokból oxigént vonnak el. Ezek anaerob baktérium ok, és tevékenységükkel zsírsavakat állítanak elő saját maguk szám áia. m iközben metán és etán keletkezik. A baktérium ok azonban nem képesek a kőolajra jellem ző 5 -1 5 szénatom szám ú paraffinokat előállítani, ezért a baktérium ok lebontó munkáját a továbbiakban kőzetek veszik át.

A kőszén ugyancsak sza v e s , növényi eredetű üledékes kőzet. Kiindulási anyagai a dús nö- vényzetű mocsarakban felhalmozódó növényi m<uadványok. A víz alatt felgyülemlett szei'ves anyagok bontásában - ez a tőzegesedés - elsősorban különböző anaerob baktériumok vesznek részt. Később a tőzeg a i ákerülő különböző üledékek egyre nagyobb nyom ása és az ezzel járó hőm érséklet-em elkedés m iatt különböző fizikai és kémiai változásokon megy keresztül, amelyek során egyre csökken az oxigén- és a hidi-ogéntailalom. azaz a szén relatív mennyisége egyre nagyobb lesz. Ez az elszenesedés fo lyam ata . A szenesedés m értékének megfelelően különböző széntartalm ú kőzeteket (szénfajtákat) különböztetünk meg. A kőszén foi májában a szén hosszabb időre kikerülhet a biogeokém iai körforgalomból.

AZ ANYAGFORGALOM ÉS AZ ENERGIAÁRAMLÁS 1 1 5

A ka rboná tos kőzetek keletkezése

A z életközösségek legfontosabb ka k ium forrósa a talaj, am elyben a kalcium ionként (Ca**) agyag-hum usz kom plexekhez kapcsolódva található meg. A talajba m agas kalcium tailalm ú kőzetekből, elsősorban m észkő - képlete CaCO^ - és dolom it - képlete CaM g(C 0 3 )2 - m állása során kei*iil. A növények által felvett és beépített kalcium a táplálkozási láncban vándorol tovább, és az állatok testébe épül be. A z állatokban részben a külső vázba (csigák háza. kagylók héja stb.), részben pedig a csontokba, fogakba épül be, és fosszilizálódva hosszú időre kikerülhet a geokém iai körforgalomból.

A m észkő állati eredetű, üledékes kőzet. A földtöiiénet korábbi időszakaiban élő, főleg mészvcizas egysejtűek (pl. Foram iniferák) és fejlábúak (A m m onites) vázaiból származik. Az óriási töm egben élő állatok elpusztulásuk után a tenger fenekén ülepedtek le, ahol a nagy erejű hidrosztatikai nyom ás lassan kőzetté préselte össze őket (H5.i. á b r a ) . Később ezek a kéregm ozgások során részben a felszínre keililtek, és a mai mészkőhegységek anyagát képezik, részben pedig átalakultak. A kőzetekből a mállási folyamatok eredm ényeként kemlnek a talajba és kerülnek vissza az anyagforgalom ba.

O A természetes életközösségek m int önszabályozó rendszerekA társulások niűkiklésct a fajösszetétel, illetve az egyes fajok egyedszáma alapvetően ii>egha' tározza. A fáfflálh>zó-'*i kapcsolat*rendszerei jelzik, mennyire egymásra utaltak az életközösség tagjai. Ha egy abiotikus tényező megváltozá-siíra a tennelőpopuláciö egyedsziima szokatlanul megnő, itz a fogyasztóiknak az egyed- szám-növekedését is maga után vonja. (ll^Jáhru)

A társulások állandóságát belső szabályo- /.ottsHguk biztosítja. A társulások reagálnak az őket eil külső és belső hatásokra. Ezek a hatások <iz életközösség több fontos jellemzőjének csökkenésével vagy növekedésével válaszol.

18SS I86S 187S 168S 189S )90S 19 1$ 192S 193S

115.2. A fogyiwztó és a fogyasztott cgymásia hatása

1 1 6 A BIOSZFÉRA

Ezek cl válioziísok igyekeznek a külső hutós következményeit tompítiini, iiz eredeti állaffouu vissza' áliiUini. A változások egyik legfontosabb eleme a népességszám, az egyedszám, az egyedsűrűség, és ezeken keresztül a diverzitás váitoziísa.

Az élelköz/fxségek egyensiUya, mint minden élő rendszeré, nem statikus. Szüntelen dinamikus vál- tozits jellemzi. A társulás mutatóit pedig átlagos értékek körüli ingadoziisok jellemzik. Ezek hosszú távon stabilitást eredményeznek.

A társulások belső állandósága nincs ellentmondásban a társulások fejlődésével, a biotikus szukcesszióval.

A szukcesszió során megváltoznak az élőhelyre jellemző biotikus és abiotikus jellemzők. A már jelenlévő populációk működése megváltoztatja az élőhelyi tényezőket. Például humuszban gazdagab* bá vál ik a talaj, nő az ámyékolóhatás. Ezek a változiísok a biotikus tényezők változiísát vonják maguk után. Újabb populációk integrálódnak, és más, korábban ott lévő populációk szorulnak ki. Ez szükségszciTícn az abiotikus tényezők újabb mcgváltozílscit eredményezi. Állalcínos szabiUy. hogy egy életközösség annál inkább képes egyensúlyi állapotának fenntartásaira minél fajgazdagabb. hiszen annál több különböző kapcsolat kialakítására képes. Másképp fogalmiizva: a fajgazdag társulások mindig slaf)ilahlHik a fajszegényehh hiocönóiisoknál.

O A foszforkörforgalom az ökoszisztémákbanAz élőlények testanyagaiba beépülő fos/for a kőzetek mállásából származik. A növények a különböző foszfátokat hidrogénfoszfátok formájában veszik fel. Az ortofoszfát anion (PO^“)- amelyet általában csak foszfátionnak nevezünk - ugyanis könnyen kikerül a körforgalomból, mert a nagy mennyiségben jelen lévő kalciuinionnal (Ca-'*’), vízben nem oldódó kalcium-foszfátot,Caj(PO^)2-ot képez. Az állatok ivóvízzel is hozzá tudnak jutni a foszfátokhoz. Az elpusztult élőlények foszforvegyületeit baktériumok táiják fel, így válnak újra felvehetővé (116.1. ábra).

A foszfor egy része guanó (madárürülék) foniiiijában is összegyűlik. Ilyen állapotában ki is kerülhet a foszfora biogeokémiai körforgalomból. Ugyanis az ürüléktömeg (például tengeri sirályok sokezres telepeinek szigetein), iunely nagy mennyiségben halmozódik fel évezredek alatt,„cementálódik”. összeragad, és a környezet hatásaim lazii szerkezetű .^szerves kőzetté” áll össze. Egyes dél-amerikai országok partvidékein a néhány millió év alatt összegyűlt guanót bányá.ssz<ík és műtrágyaként hasznosítják.

^ ‘iuríibsÖ^,

• ' • j '( t r á g y á ? u s z t í ló s z c r ) V

fö ld t a iu jm o z g á s o jc

o ld ó d á sv í^ n

116.1. A foszfor körforgiisa

O A nítrogéngyűjtő, a nltrífikáló és a denitrífikáló baktériumok szerepe a nitrogén-körforgalomban

A nitro^én-körí'or^aloniban (117.1. ábra) sz<tmos bitktériumcsopoil fontos szerepet játszik. Közülük a talajban élő iiitríiikáló haktéríiiniok oxigén jelenlétében a talajban lévő ammóniát (NH^) előbb nit- ritté (NOp. majd nitráttá (N O p oxidálják, és a felszabaduló energiát hasznosítják. Tehát kemoauto- tróf anyagcseréjűek. Ilyenek a Nitrosomonéis nemzetség tagjai, amelyek a mikrobiális fehérjebontás so-

AZ ANYAGFORGALOM ÉS AZ ENERGIAÁRAMLÁS 1 1 7

fotoszintézist

Vfehéije-szintézis

fehéije

rammőnia',üSSS

bomlástcnnék

■!Tróil^ó5?.bákiéfiuinolí’•aX

j f s s fs s ^ ' tóU-szcfvcsÍT--iír.

nin keletkező (Hmnóniiít siilétroinossiivvú (HNO^) oxidálják. A s<tlétromossavHt iizután a Nitrobacter fajok oxidiílják tovább salétromsavvá (HNO^).Ezek a baktériumok fontos szerepet játsz<inak a talajban a növények sz<ímára felvehető nitrogén formáinak kialakításaiban, s ennek következtében tevékenységük a mezőgazdaság szempontjából rendkívül hasznos. A dciiiliillkáló hnktcríuniok oxidálóanyágként nitrátokat használnak fék ezért nincs szükségük légköri oxigénre, tehát anaero* bök. A nitriteket az Aerobacter fajok ammóniává redukálják, majd a keletkező ammóniát a Micro* coccus fajok légköri nitrogénné oxidálji'ik. ezáltal a talaj nitrogéntailalmát csökkentik. Jelenlétük a mez6g<tzda.ságilag művelt tennőt<üajokb»n kife- Je2:etten káros. A talajlakó anaerob baktériumok oxigénben gazdag talajban elpusztulnak. Ezért a denitrifíkáló baktériumok ellen a talaj hizításá- val (kapálás) védekezhetünk.

A i)i(n>gcninegkö(o (iiítn>gcng>'űj(o) haktc- liuniok szimbionta. heterotróf anyagcseréj ű prokarióták. Ilyenek például a pillangós virágú növények gyökerein fejlesztett gyökérgümőkben élő Rhizobium és Azotobacter fajok. A levegő nitrogénjét megkötik és olyan szervetlen vegyületekbe építik be azokat, amelyek a növény sziumlnt már felvehető nitrogénforrást jelentenek. Cserébe kész szei'ves anyagot kapnak a gazdaszervezettől.

O A produkció és a biomassza függése a globális éghajlati tényezőktőlA biol(>}>iaí pnKiiikdó és a bíoniass/^ is nagy szerveződési egységenként az életközösségekben más és más. Mértéke .szorosan összefügg a globális éghajlati tényezőkkel. Legnagyohh imHlukt'mtásúak a trópusi esőerdők, meil az éghajlati tényezők ennek feltételeit teremtik meg. Legkisebb i>r(Hluklivi- íásiíak a csapadékhiány miatt a sivatagok (117.2. úhrH).

' ^^bála\Snümőt^^^ 'i'V?baktóriuniöí ^

117.1. A nitrogén körforgásii

117.2. A z alacsony produktivitású sivatag

fényenergia

hő

b iokém ia i fo ly a m a to k

jh6 ih6

|k geokém ia i fo ly a m a to k / t

^ _ '**'**** fclhalmozódás szervetlen anyag

117.3. A biogcokéiniai anyagforgalom

1 1 8 A BIOSZFÉRA

fényénél^

hőenergia

Ökológiai produkció és energiapiramisA táiMulúsok iiyflt anyagi rcnds/tTek (117^. ábra), ezélt ii működésükhöz felhasznált energÍHt állandóan pótolni kell. A z energiái a zöld növények (és kiMTíértékben egyes baktériumok) .Jiozzák be” a társulásba ábrn). A zöld növények színanyagaik segítségével képesek a napenergia elnyelésére és hasznosításm'a. A napenergia így mint kémiai energia, szerves vegyületek formájában áll a társulás rendelkezésére. Az (ílialak, a növények vagy más állatok elfogyasztásával jutnak ehhez hozzá. így a táplálkozási kapcsolatok a populáció minden tagját (akiu mint fogyasztót, iikiír mint fogyasztottat) érintik.

A tái'sulásokban az auu>lróf szervezetek külső energia segítségével szervetlen vegyületekből szerves vegyületeket állítanak elő, szerves vegyü- leteket tennelnek. Szerves vegyületeket tennelnek azonban a növényevőky illetve a ragadozók is, hiszen testtömegük gyarapodik a táphÜékuk eifo- gyaszt<Lsa következtében. A tiUNulilsokb<ui ííz egyes szinteken végbemenő szeivesanyag-tennelési folyamat a bioló^aí produkcUS.

Egy társulásban az adott pillanatban élő élőlények tömege a biomassza, amely magába fog- 118.1. A táplálckh'mc energiaviszonyai lalja valamennyi szint növényeinek, állatainiik,gombáinak és mikroorganizmusainak tömegét. Ez a szervesanyag-tömeg nagy mennyiségű energiát is jelent, amelynek értéke kilojoule-ban megadható. Egy társuhls produktivitása hioniasszn-termeltt képességét jelenti. (l lK.2. ábra)

fcraaó cltMIcfc* proAiickS 100%

TERMELŐK nettó cU&flegcs prodokció 42%

beunó elsAdkfc* pcodaköó 16%F O G Y A SZT Ó K(Döváiycvők)

nettó cltű&fcs produkció 7%

Innö dsódl e* produkció ] .8% FOGYASZTÓK

(ragadozők és para»uUc) nettó elstfdl es pcodskdó 03%

LEBONTÓK

BXIMASSZAOQirmtTV

CNfRGIA

iag«toM (Snos«nyr<úi( QiermsWk

118.2. A z ökológiai piramisok és azok mennyiségi viszonyai

A BIOLÓGIAI SOKFÉLESÉG 1 1 9

2 1 . A biológiai SOkfélGSég (emelt szintű anyag)


O Éltelm ezze a sokféleséget (divei-zitást) a gének szintjén (pl. a helerozigótaság mértéke a populációban), a faj szintjén (pl. a fajok száma) és az ökoszisztém a szintjén (pl. a tápláléklánc szintjeinek a száma).

O A d íve rz itás

GENETIKAI DÍVERZITÁS(A fajon belüli génváltozatok száma)

FAJI d ív e r z it á s(Az életközösségben a fajok száma)

ÖKOLÓGIAI d ív e r z it á s

(A társulások, a populációk téf*időbeli mintázatainak, kölcsönhatásinak sokfélesége)

119.1. A biológiiii divei itás színijei

A d ív e rz itá s egy életközösségben a fcíjgaz- daíisá^ és az azonos fajokhoz tartozó egyedek előfordulási gyakoriságának kifejezésére szolgál. azaz egyszene veszi figyelembe a fa jo k szónu ítés a különböző populációkhoz tartozó egyedek szótmíí. Ha két társulás azonos számú populációból és azonos számú egyedből is áll. m ég nem biztos, hogy a d iv era tásu k is azonos. Például ha két társulás 1000-1000 egyedből áll, és m indkettőt 10-10 populáció építi fel. lehel eltérő a diverzitásuk. Ugyanis, ha az egyik társulásban egy populációból 910 egyed, a másik kilencből 10-10 egyed él. míg m ásikban m ind a tíz p o p u lác ió eg y arán t 100-100 egyedből á ll. u tóbbi d iverz itása nagyobb. A nagyohh (Uvenitású társukts sfa- hilohh^ mert az összetettebb táplálkozilsi hálózat jobban képes biztosítani a rendszer minden tagja szám ára a m űködéséhez szükséges energiát. Tehát egy populáció esetleges kiesése nem jelenti a társulás valamennyi tagjának a pusztulását.

A tái sulások diverzitásának objektív kifejezése nem könnyű. Figyelembe kell venni az egymástól eltérő, azaz m egkülönböztethető „féleségek" számát és azok egym áshoz viszonyított gyakoriságát. A divei*zitás mérésére többféle függvény használatos. Ezek bonyolultságukban- és ezért pontosságukban - térnek el egym ástól.

A diverzitás populációs szinten a genetikai d iverz itást jelenti, am ely a génváltozatok számával, azaz a populációk egy adott tulajdonságra nézett (és az összes!) allélszámával és azok relatív gyakoriságával jellem ezhető, (ny.i.áhra)

A diverzitást használhatjuk szűkebb értelemben (m int genetikai diverzitást egy populációban). illetve tágabb értelem ben (mint «z életközösségek sokfélesége egy területen) is.

A d ive rz itá s vá ltozása

A tá rsu lá so k d iverzitása korlátlan mértékben nem növekedhet. A rendelkezésre álló erőfoná- sok (és a tér is) végesek, bizonyos diverzitásnövekedés - adott konkrét térben és időben - csak

1 2 0 A BIOSZFÉRA

a m ár m eglévő populációk kárára, azok egyedszám ának csökkenésével valósulhatna meg. Ez a populációk genetikai diverzitáscsökkenését eredm ényezné, am ely alkalm azkodóképességük leromlásával járna. A társulás divei’zitásának egy optim ális érték fölé em elkedése az egész társulást sérülékennyé tenné. A környezetükkel egyensúlyban iévő, stabil társulások fa ji (iiveizitása az optim ális érték körü l mozog.

Az e m b e r hatása a d ive rz itá s raAz e m b e r m egjelenése a bioszférában kezdetben nem volt hatással a kialakult élővilág d iv erzitására {120.1. úhni). M ára a b ioszféra az emberi tevékenység miatt jelentősen átalakult. A m ezogazílüsügi m űvelés következtében a nagy diverzitású, stabil társulásokat hatalm as, nagyüzem i m onokultúrák váltották fel. így ott. ahol több száz növény- és állatfaj élt. egyetlen faj, közel azonos genotípusú egyedei tenyésznek.

A bioszféra 3,5 m illiárd éves fenr^mara- dásiínak és működésének az alapja az evo lú ció során kialakult nagyfokú diverzitás volt. A populációkban realizálódó sokféleség egy nagyon nagy alkalm azkodóképességet hordozó genetikai sokféleséget je len t az egész bioszféra szintjén. A bioszféra az evolúció során feltehetően egy olyan optimális diverzitás szintjéhez jutott el, amely biztosítani tudta a fennm aradását.

A b iosz fé ra d ive rz itá sán ak m egőrzéseA term észetes d iv e rz itá s m eg ő rzése csak akkor lehetséges, ha a sokféleség szintjeit figyelem be vesszük. Ennek egyetlen útja, hogy mitiél nagyobb területeken m eg kell őrizni a tennészetes társulásokat ii2tí.2.úhm). Az egyes fajok védelm e nem segít a problém a m egoldásában, optimális nagyságú területek éi in- tetlen állapotban való megőrzésére van szükség. Ennek a felism eréséig az em beriség már eljutott, m egvalósításának azonban egyelőre gazdasági és társadalm i korlátai vannak. A B iológiai Sokféleség Egyezm ényt (Riói Egyezm ény) 1992-ben írták alá az EN SZ tagállam ok.

I

120.1. A fajok kihaliisiiniik felgyorsulása

120.2. A biodiveizitás megőn'ése az Európai

KÖRNYEZET-ÉS TERMÉSZETVÉDELEM 1 2 1

2 2 . Környezet- és természetvédelem


O Ism ertesse a term észetvédelem fogalm át, a m ellette szóló etikai, egészségügyi, kulturális és gazdasági érveket. Ism ertesse a biológiai sokféleség megői’zésének etikai j o g i és gyakorlati szükségességét, a term észetvédelem lehetőségeit.

© Tudja, hogyan csoportosítjuk a védett területeket, hozzon példákat (teim észetvédelm i teiü let, tájvédelmi körzet, nem zeti park).

e Térképen ismerje fel hazánk nemzeti parkjait. Ismertesse a lakóhelyéhez legközelebb fekvő nemzeti paikot. annak fontosabb értékeit.

O Ismertesse a környezetvédelem fogalmát, a kibocsátás és ülepedés, valamint a hatáiérték fogalm át.

O A te rm é sze tvéd e lem foga lm a

A term észetvédelem céltudatos, intézm ényesíteff társadalmi tevékenység. Célja a természet élettelen (barlangok, földfelszíni form ák, vizek stb.) és élő (egyedek, populációk, életközösségek) értékeinek eszm ei és tudom ányos feltárása és szakszerű megői-zése.

A te rm é sze tvéd e lem m e lle tt szóló e tik a i, egészségügyi, k u ltu rá lis és gazdaság i é rvek

Az élőlényeket természetvédelm i értéknek tekintjük. Ennek oka sokat változott az elmúlt évtizedekben. Az első növény- és állatvédelmi mozgalmaktól átvéve alapvetően etikai oldalról közelítették meg a kérdést. Ma is ism erősek az akkor hangoztatott indokok, „unokáinknak is át kell adni azokat a fajokat, am elyeket mi kaptunk elődeinktől” , „szegényebb lenne a Föld ezek nélkül az élőlények nélkül” , stb. M integy harminc évvel ezelőtt már racionálisabb indokok hangzottak el.„soha nem tudhatjuk, hogy melyik növény vagy állat lesz hasznos az em ber számái a” stb. Ezek azonban mind nagyon em bercentrikus módon közelítették meg a kérdést. ezélt visszhangia is csak részben találtak. Az utóbbi év tized ökológiai kutatásainak egyszerű érvrendszere sokkoló, de igaz: a földi élet, benne az em ber fennm aradásának is az alapja az a genetikai sokféleség, am ely az evolúció során kialakult. Ez egyetlen működő rendszerként létezik, benne az összes fajnak megvan az a szerepe. amellyel hozzájárul a rendszer működéséhez. Felesleges faj nincs, azok az evolúció során kipusztultak, eltűntek. Az em ber elemi létérdeke tehát a sokféleség, ezzel m inden egyes faj megőrzése, m ert ez a saját további létezésének is a feltétele. 121.1. Boldogitsszony p;ipucsa

1 2 2 A BIOSZFÉRA

122.1. Túzok

Az élővilágot veszélyeztető tényezőnek tekintünk m inden olyan em beri tevékenységet vagy term észeti jelenséget, amely a populációk szótfuU. valamint az egyes p o p u lá c ió k e^yed szó m á t fenyegetik . Ezek halhatnak közvetlenül a fajokra, vagy fenyegethetik az élőhelyeiket. A veszélyeztető tényezők tehát közvetett hatásúak.

A virágszedés és a rovargyű jtés elsosoi-ban a feltűnő külsejű, szép vagy érdekes m egjelenésű („csokorvirágok” ) növényeket és a nagyobb bogarakat fenyegetik.A veszély elsősorban abban rejlik, hogy a virágaiktól m egfosztott tövek nem érlelnek m agot, és ez az egyed- szám c,sökkenésével jár. Ilyen például a leánykökörcsin, a turbánliliom , a tűzliliom . a tavaszi tőzike, valamint egyéb látványos fajok. A budai hegyekben a hóvirágátlagos virágmérete jelentősen csökkent az elmúlt évtizedekben, m eil a tavaszi csokorszedők a nagy lepellevelű virágokat tépve, szinte me.sterségesen szelektáltak. A növénygyűjtés ma elsősorban a gyógynövények és a keitekben is kedvelt növények kiásása révén veszélyeztető tényező. Az erdélyi hérics mint állatgyógyászati növény („tályoggyökér”) az állandó gyűjtés m iatt ju to tt az eltűnés szélére. Az erdei ciklám en és a gím páfrány a piacok tövestől ám ít kedvelt növényei voltak. A gyűjtés a lepkék közül is elsősorban a látványos tarka nappali lepkéket fenyegeti, m int például a kardoslepkét, a fecskefarkú lepkét, a bogarak közül pedig a szarvasbogarat. (122.2. ái>ra>

A felszaporodó vadállom ány főként a legelés és a tap o sás következtében válhat a növények szám ára veszélyeztető tényezővé. A muflon kedvelt csem egéje például a fokozottan védett, bennszülött magyarföldi husáng. A m uflonállom ány felszaporodásának tudható be a husáng szinte teljes kipusztulása a Pilisről.

A gyom irtás és a perm etezés legkülönbözőbb módszerei nem szelektívek, nem kímélnek éltékes, védendő vagy védett fajokat senn. A korábban gyomnövénynek számítók közül a <SO-as, 70-es évek nagy táblákra kiteijedő vegyszerezései következtében szinte eltűnt a konkoly, a lepkék közül pedig a galagonyalepke. (]22J.Hhni)

122.2. Erdélyi hérics (/\) és erdei ciklánien (H) 122.3. Repülőgépes permetezés

KÖRNYEZET- ÉS TERMÉSZETVÉDELEM 1 2 3

A termőhelyeket veszélyeztető tényezők közül kiemelkedik a te rü le ti igénybevétel, amely a városok terjeszkedése, a „zöldm ezős beruházások” gyarapodása következtében fokozatosan szüntet meg természetes élőhelyeket. Ide sorolhatjuk a bányák - elsősorban a külszíni fejtéssel m űködő szénbányák és bauxitbányák valamint a kőbányák tevékenységének veszélyeztető hatásait. A Bélkő m egsem m isülése, a Naszály és a Szársom lyó bányászata számos ritkaság élőhelyét (példiíul a Bükkben az osztrák sárkányfű) számolta fel. Hasonló hatásúak az ősgyepek feltörése és m ezőgazdasági hasznosítása, valamint a szőlő- és a gyüm ölcstelepítés is.

V eszélyezte tő tényezők a te rm ő h e ly i v iszonyok m e g v á lto z á sa is. Ide sorolhatjuk a csatomázás, a vizek lecsapolása, a tőzegkitermelés élőhelyet befolyásoló hatásait. A vízszint- csökkentésnek esett áldozatul például az uzsai láp, am ellyel együtt kipusztult hazánkból a hosszúlevelű harm atfű. Az erdők tarvágásos hasznosítása, a tú lzott m értékű legeltetés, a külterjes állattartás (például libák), az intenzív gyephasznosítás (többszöri kaszálás), a mű- és szerves trágyázás mind-mind az élőhelyeket veszélyeztethetik. Az idegen fajokkal - például a feketefenyővel - való telepítés azzal járhat, hogy kiszoioilnak vagy m egritkulnak az őshonos fajok, és az életközösség diverzitása jelentősen lecsökken. V eszélyeztető tényezővé válhat azonban a fokozott tui izmussal járó taposás, a motokrosszozás és a terepkerékpározás is.

O A véd e tt te rü le te k típu sa i

1. A nem zeti p a rk o k a legnagyobb kiterjedésű védett területek, am elyek részben megőrizték egy-egy tájegység eredeti arculatát, ma m ár (részben) védett növény- és állatvilágát, geológiai arculatát, tájképét és kulturális értékeit is. Rajtuk m eghatározott keretek között és m ódon mezőgazdasági, erdészeti művelés folyik. Fontos szerepük van a tudom ányos kutatásban, az oktatásban, sőt a turizmusban is. Nagy részük szabadon látogatható (például a Bükki Nemzeti Park. és a Kiskunsági Nemzeti Park stb.)

2. A tá jv éd e lm i k ö rze tek kisebb kiterjedésűek, jellegükben és fő feladataikban a nemzeti parkokhoz hasonlóak. Fenntartásuk és ellenőrzésük is egy-egy nem zeti park alá rendelt (például az Ócsai Tájvédelmi Körzet stb.).

3. A te rm észe tvédelm i te rü le te k m ég kisebbek, mint a tájvédelmi körzetek. Rendszerint egy-egy jellegzetes vagy különleges természeti értékekben gazdag élőhelyet vagy azok együttesét ölelik fel. Működtetését tekintve - szemben a nemzeti parkokkal és a tájvédelmi körzetekkel - csak hazai előírásoknak kell m egfelelniük. Gyakran szabadon nem látogathatok, ebben az esetben fokozottan védett természetvédelmi területek, és csak engedéllyel szabad a belépés (például Bátorligeti Legelő Term észetvédelm i Tem let, Érdi Sánchegy Term észetvédelm i Terület stb.).

4. A helyi jelentő.ségu védett te rü le tek kijelölése, oltalma és fenntartása az önkormányzatok hatáskörébe tartozik. Lehetnek egyedi értékek (például egy ö reg fa), egy-egy kisebb élőhely (pl. láp), vagy több különös ritkaságot magába foglaló hegyoldal, legelő stb.

O H azánk nem zeti pa rk ja iő rsé g i N em zeti Park , F e rtő -H an sá g N em zeti Park. B alaton-felv idéki N em zeti Park. D una-D ráva Nemzeti Park. D una-Ipoly Nemzeti Park. Kiskunsági Nem zeti Paik. Körös- M aros Nemzeti Park. Bükki Nemzeti Park. Hortobágyi Nemzeti Park, Aggteleki Nemzeti Park. (124.1. áhni)

1 2 4 A BIOSZFÉRA

O A kö rnyeze tvéde lem foga lm a

Olyan céltudatos, szervezett, intézm ényesített társadalmi tevékenység, am elynek célja az em ber ipari, mezőgazdasági, bányászati tevékenységéből fakadó kám s következmények kiküszöbölése és m egelőzése az em ber és az élővilág károsodás nélküli fennm aradásának érdekében.

A k ibocsá tá sAz időegység alatti (levegő) szennyezőanyag-kibocsátás az emisszió. E itékét kg/óra mérték- egységben adják meg. A kibocsátott anyag szétterülése a transzmisszió^ eközben a szennyező anyagok fizikai vagy kémiai sajátságai megváltozhatnak. A talajfelszín (az em ber tartózkodási szférája) közelségében jelentkező szer^nyezőanyag-koncentráció az imisszió.

Az Ü lepedés

Környezetvédelm i értelem ben a légkörben mozgó szennyező anyagok légkörből való kikerülésének, talajra, élőlényekre, tárgyakra való lei akódási folyamata. K ét alapvető típusa van: a szárazülepedés és a nedvesülepedés. A száiazülepedés csapadékm entes időszakban megy végbe a gravitáció hatására. A nedvesülepedésben a csapadék: az eső vagy a hó oldva vagy adszorbeálva viszi magával és rakja le a szennyező anyagokat.

A h a tá ré rté k

A környezetvédelem i hatóság által m egállapított szennyezőanyag-határ, általában térfogat- egységre vonatkoztatott értéke.

Agoee<«k) NamMi P«i( BafaiDn-t«Md*W NenuM Park Búkla N«nvrM Parti Ouu^rftvo NonuM Park Ouru-lptf/ Na«Meti Park

B Nrtó-HarMo Namm Park ■ HcrWMo>* NonuM PA k

KMurM9 NerrttM Park K6(«ft-Maroa Nenuab Park Oc««gi N»nu«ti Paik

# ncnuaa p>ark «z4kt«ty«

Q lorMantvMaimi WCMt

124.1. Magyitrorsziíg nemzeti p;irkjat

A KÖRNYEZETI TÉNYEZŐK

- fr ♦.

1 2 6 A KÖRNYEZETI TÉNYEZŐK

2 3 . A levegő


O Ism erje a legfontosabb légszennyező anyagokat (CO. C O „ nitrogén-oxidok. ólom és ólomvegyületek, korom, por, halogénezett szénhidrogének), ezek eredetét és káiosító h a tá sa it.

o Ism ertesse a savas eső okát és következm ényeit. Ismertesse az üvegházhatást, a hőszennyezést. a lehetséges következm ényeket. Foglaljon állást a teendőkről.

© Tudja, mi a teendő szm ogriadó esetén.


O Tudjon a szennyezés csökkenését ösztönző főbb gazdasági és jo g i lehetőségekről (adók, tiltás, határérték, bírság, polgári per). Fogalm azza meg vélem ényét ezek hatékonyságáról.

© M agyarázzon el kísérletet a környezetszennyezés káios hatásainak bizonyításáia.

O A kén-d íox id

A légkör gáz-halm azállapotú szennyező anyagai közül a k én -d lox ido t kell elsősorban kiemelni (SO ,). Kéntartalmú tüzelőanyagok révén főleg magas kéntailalmú barnaszén, valamint kőolaj elégetése során keletkezik és keiül a levegőbe (i26.i.ábra). A növények leveleinek gázcserenyílásain keresztül a sejtekbe jut. é s a klorofill-molekulákat elroncsolja. Mivel vízben jól oldódik, gyorsan kénessavvá (H^SO^) alakul, amely egy erősen redukáló vegyület. Könnyen von el a környezetéből oxigént, ezért roncsoló hatású. Oxidálódva kénsavvá alakul, így még veszélyesebbé válik. A lebegő .szilárd részecskékre adszorbeálódva vagy a csapadékcseppek-

.i A*'*' -

k D'dióxid az erőművek ^ kéményéiből,

gázreakció a felhőkben

M v a s e s S

savas köd a fák felett

elpusztított vízi élőlények ta^j savanyodisa

126.1. A kén-dioxid és nitrogén-oxidok kibocsútása

A LEVEGŐ 1 2 7

ben oldódva mint savas ülepedés ju t vissza a felszínre. S avas esőként áb ra ) közvetlenül is súlyosan károsítja az élővilágot és az épületeket egyaránt. A vízbe kerülve vagy a talajra ju tva hasonlóan kedvezőtlen hatású. A közép-európai erdoalkotó fák közül a lucfenyő és a ko- csánytalan tölgy különösen éi'zékeny a savas ülepedésre.

A szén-m onoxid

A szén-m onoxid (CO) a szén nem tökéletes égése során a nagyvárosokban a lakóházak kéményeiből, valamint a gépjárm űvek kipufogógázaival kerül a légkörbe. Ipartelepek környékén a kohók torokgázai, valamint fémöntödék lehetnek nagyobb mértékű szennyezők. A szén-monoxid azért veszélyes, mert az emberi szervezetben hem oglobinhoz kötődve megakadályozz^ annak oxigénfelvételét. Mivel a sűm sége a levegőnél kisebb, aránylag gyorsan a magasabb légrétegekbe ju t. Ennek ellenéie a nagy autóforgalm ú utak mentén lefelé Irányuló légáramlás esetén komoly veszélyforrássá válhat.

A szén-d iox id

A légkoit>en a szén-dioxId 0.04 téifogat% -ban van jelen. A szén-dioxid-tartalom részben geológiai esem ények kapcsán kerül a légtérbe, részben pedig az élőlények légzési folyamatai során keletkezik. Az evolúció során a fotoszintetizáló szervezetek szén-dioxid-fogyasztá.sa és a légzés szén-dioxid-term elése a légkör szén-dioxid-szintjét is stabilizálta.

Ezt az évm illiók során kialakult egyensúlyi állapotot bontotta meg az em ber az elmúlt évszázadban. Részben a fosszilis energiahoidozók egyre növekvő felhasználásával, a fűtéssel, a gépjárm űvek általánossá válásával a lakott területekén rendkívüli m ódon megnőtt a széndioxid-kibocsátás mértéke. Addig, am íg 1850-ben a levegő C 02-m ennyisége 0,0029‘/fc volt, ez napjainkra eléri a 0,04Ví)-ot, és 2020-ra 0,06%-ot is prognosztizálnak (127.2.ábra). Ennek következtében fokozódik az üvegházhatás, és a Föld globális felm elegedése átlagosan a 2 ®C-ot is elérheti.

A szén-dioxid-koncentráció, elsősorban a talajszint közelében (pl. a közlekedés hatására nagyváiosokban) m agasabb koncentrációt is elérhet, hiszen a szén-dioxid a levegőnél nehezebb gáz - = 28 g/m ol; = 44 g/mol). Belégzése során szaporább, nehéz légzés

m

pH 4.9

pH 4.7

pH 4.1 pH 4,5pH 4.3

127.1. A z esők saviissága Európában 127.2. A CO,-koncentráció növekedése


ulakiil ki, meit a megnövekedett szén-dioxid-koncentráció ingerli a belégző központokat. Nagy koncentrációban hirtelen rosszulétet. m ajd fulladásos halált okoz.

N itro g én -ox id ok

A nitrogén-ox idok (nitrogén-monoxid NO, nitrogén-dioxid NO j, dinitrogén-tetraoxid NjO^, d initrogén-pentaoxid N 2O 5, d initrogén-oxid N jO ) a levegőben term észetes köiülm ények között nem fordulnak elő. Term észetes úton az elemi nitrogén oxidációja során zivatarok villám lásainak hatására keletkeznek. M ivel azonban - közülük a dinitrogén-oxid kivételével - j ó l oldódnak vízben (igaz, a nitrogén-m onoxid nem oldódik, de azonnal továbboxidálódik jó l o ldódó nitrogén-dioxiddá). a csapadékkal a talajba is bem osódnak. Levegőbe az em ber mezőgazdasági tevékenysége (nitrogén-műtrágyáziís). valamint a gépjáiműforgalom (az üzemanyag levegővel töiiénő elégése során rtitrogén-oxidok is keletkeznek) m iatt keiülhetnek. Környezetszennyező hatása miatt a dinitrogén-oxid a veszélyes, am ely nem kerül ki a légkörből, kb. 180 évig marad aktív az atmoszféi ában. A dinitrogén-oxid ugyancsak felelős az üvegházhatásért. A nitrogén-oxidok közvetlen egészségkáiosító hatása a vér oxigénszállításának akadályozása (m eil kapcsolatba lépnek a hem oglobinnal), valamint az. ho»y a tüdőbe lélegezve salétrom savvá alakulnak, ezáltal tűdőödém át okoznak.

Ó lom és ó io m vegyü le tek

Az ólom nehézfém, ezért az ólom és a vegyületei is m érgezlek. A z em beri szervezetbe ólom gőzök. finom ólom por és egyes ólom vegyületek illékonysága által (például az ólm ozott benzinben lévőólom -tétia-etil) Vagy vízoldékony vegyületeinek fomiiyában (például az ólom-nit- rát [Pb(N 0 3 >2] oldódik vízben) keiül. A szervezetből nehezen üiiil ki, felhalm ozódik benne. A felhalmozódott ólom mérgezést okoz, amely a vörösvérsejfek káros(H/ásáhan, gyomor és bélgörcsökben, izomfájdalomban, általános gyengeségben és a szellemi képességek hanyatlásában jelentkezik.

K orom , por, pernye

A kémiailag tiszta levegő gázelegy, tehát nem tartalm az szilárd lebegő részecskéket. A gyakorlatban azonban mindig tartalm az több-kevesebb p o rt. p e rn y é t és k o rm ot. (i2x.i.«hni)

A p o r term észetes úton vagy az em beri tevékenység hatására a légkörbe keiiilő szilárd anyag. Pornak - általában - az 1-500 m ikrom éter nagyságú lebegő részecskéket tekintik (ez az érték egyes országokban eltérő). Az I m ikrom éter alatti szilárd részecskéket aeroszolnak nevezzük. Ezek kis töm egüknél fogva m ár Brow n-féle m ozgást végeznek, és gyakorlatilag nem vagy csak nagyon lassan ü lepednek ki. E gészségügyi szem pontból 128.1. Légszennyezés

A LEVEGŐ 1 2 9

az 5 m ikiom éternél kisebb, úgynevezett le íx 'g ő p o r frakció az, am ely légzéssel a tüdőbe kerülve káiosító hatású.

A k o ro m a por alsó m érettaitom ányaiba, vagy m ár az aeroszol m érettartom ányába eső m élyfekete víztaszító por, am ely a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során, azok tökéletlen elégése során keletkezik, a füst szilárd alkotórésze. M agas széntartaim a mellett policiklusos arom ás szénhidrogéneket, ként. nitrogént és különböző rákkeltő anyagokat is tartalmazhat.

A p e rn y e az éghetetlen anyagokat is tartalm azó tüzelőanyagok elégetése során visszam aradd. de a füstgázokkal a levegőbe kerülő finom hamu. a légkör porszennyezésének kom ponense. Fő alkotói különböző fém>oxidok és -szilikátok. Á ltalában a kéményekből leválasztják, és cementgyártásnál adalékanyagként, építőiparban falazóanyagként stb. újrahasznosítják.

A szm og vagy füstköd akkor jön létre, ha a szennyező anyagok valam ilyen oknál fogva feldúsulnak, és helyben maradnak a talaj közelében lévő (0 -1 0 0 m éteres) jégrétegekben. Két típusa ismert: a nálunk ősszel vagy télen, tailósan bonás, szélcsendes napok esetén kialakuló, redukáJó amelyet London-típusíi szmognak is neveznek. Összetevői a fűtésből és a közlekedésből szárm azó füstgázok, kén-dioxid, por, korom stb. Az oxUiáíó vagy L )s Angeíes- típusfi szm og (szokták fotokémiai szm ognak is nevezni, mert a fény hatására más, mérgező, rákkeltő vegyületek irányába tolódik el az összetétele) szélcsendes, m eleg nyári napokon keletkezik, főleg nitrogén-oxidokat, különböző szénhidrogéneket, ózont tartalmaz.

H alogéneze tt szénh id rogének

Közülük a freonok a legjelentősebbek. A freonok klórés fluortarlalm ú szénhidrogének. K ém iailag kevésbé reakcióképes gázok, a magas légkörben azonban az ózonpajzs kúrosodását okozzák. M a elsősorban ezeket a gázokat teszik felelőssé az „ózonlyukak” megjelenéséért. A z ózonpajzs károsodásának következtében jelentősen nőhet a földfelszínre érkező energiadú.>v, roncsoló és rákkeltő hatású ultraibolya sugárzás m ennyisége.

N apjainkra jelentősen csökkent a klór- és a fluortartalmú szénhidrogének felhasználása. (I29.i.áhru)

129.1. A lógók a frconmcntcs hiiztjuliisi gépeket jelölik

O Az üvegházhatás

A Napból érkező sugárzás egy része, a fénysugarak - ezeket képes a szemünk érzékelni - az üvegtáblán áthatolnak, ezért átlátszó az üveg. Ugyancsak áthatolnak az üvegen a rövidebb hullám hosszúságú, de energiában gazdagabb nem látható sugarak, az ultraibolya sugarak is. A z üveg a nagyobb hullám hosszúságú hősugarakat is visszaveri. Az átjutott ultraibolya sugarakat a talaj és a tárgyak részben hősugarak form ájában visszaverik, részben elnyelik, majd a z elnyelt energiát ugyancsak nagyobb hullám hosszúságú hősugarak form ájában kibocsátják. Az üvegtábla azonban „erről a z oldalról” sem engedi át a hősugarakat, visszatartja őket, ezért felm elegszik az üveg alatt lévő levegő. Ez az ü v eg h ázh a tá s jelensége.

Az üveghez hasonlóan viselkedik a m agasabb légkörben felhalm ozódó szén-dioxid, vízgőz és metán (i.MKi.Hhm).


Ha a Napból érkező sugárzás folyam atát nyomon követjük, azt tapasztaljuk, hogy a sugárzás egy reszet a légkör összetevői elnyeJik, egy részét áteresztiky és az eljut a földfelszínre, egy részét pedig visszaverik. Az ultraibolya sugárzás nagy részét a levegő felső rétegében lévő ózon nyeli el, egy része azonban elju t a földfelszínre. A nagy hullám hosszú infravörös hosugarak sorsa is hasonló: a szén-dioxid és a vízgőz részben elnyeli, részben átereszti, részben visszaveri. Az elnyelt, különböző iiuilámhosszúságú sugarak azonban csak kismértékben emelik meg a légkör hőmérsékletét. A légkörön áthaladó rövidebb hullámhosszúságú, de energiában gazdagabb sugarak elérik a talajfelszínt, amely elnyeli ezeket a sugarakat. Ezért a felszíni talajréteg felmelegedése már jelentősebb. Az így felmelegedett felszín azután kisebb m értékben közvetlen hőátadással, illetve hőelvezetés.sel, nagyobb m értékben viszont hosszú hullám ú láthatatlan hőkisugái'zás form ájában leadja a felvett energia nagy részét, amely a felette elhelyezkedő levegőréteget felm elegíti. A talajfelszín hőkisugáizását a levegő vízgőz- és szén-dioxid-tartalm a „erről az oldalról is” elnyeli, illetve visszasugározza, tovább növelve a légkör alsóbb rétegeinek hőm érsékletét. Ez a légkör üvegházhatása, am ely napjainkban az em elkedő légköri szén-dioxid-szinttel fokozódik, és a légkör átlaghőnnérsékletének emelkedését eredm ényezi.

Prognózisok szerint a Föld globális felm elegedése átlagosan a 2 ®C-ot is elérheti. Hatásaként a sarkvidékek jégtakarója jelentősen csökkenne, am ely a világtengerek szintjét akár egy m étenel is megemelheti. Ha a felm elegedés olyan mértékűvé válna, hogy a sarkvidékek jeg e teljesen elolvadna, ez 7 m éter tengerszint-em elkedést eredm ényezne (i.^i.i.ábra). Ennek beláthatatlan következményei lennének a tengerpaili országokra nézve. Bár a felm elegedések mértékét illetően a becslések eltérőek, a bekövetkező tengerszint-emelkedés számos országban je len tős károkat okozna. M egváltoznának a nagy földi légmozgá.sok is, amelyek a vsapadék- eloszlásf befolyásolnák. Az éghajlatváltozás hazánkban a folyók vízhozam ának csökkenésével. az ivóvízbázisok elapadásával, a jelenlegi mezőgazdasági term elés lehetetlenné válásával járna.

■ fateloyeiés; üvegházhatás

46%

kisugárzás 23%

130.1. A légkör felmelegedését a földfelszín hosszúhullámú hŐkisugái2 ása eredményezi

A LEVEGŐ 1 3 1

A jégmennyiség változása az előző 20 év átlagához viszonyítva (% )

£ - 5 0 -2 5

m25 2 5 0

131.1. A jég mennyiségének változilsii »iz ÉsziJci-siu kvidckcn. (Az ábnín látható fekete hiiti’uA onal a jégtitkaró átlagos kiteijedése szeptember hóniipbim.)

A hőszennyezés

A különböző erőművek természetes vízfolyásokba eresztett /«7/íTv/<:<'jelentősen emelheti <i befogadó víz hőm érsékletét. Ennek szám os következm énye lehet. Részben a melegebb vízben csökken az oxigén oldékonysága. ezért oxigénhiány léphet fel. U gyanakkor a vízben élő növények és állatok anyagcsere-folyam atai a m agasabb hőm érsékleten gyorsabbá válnak, és nő a z oxigénszükségletük. Ezek egyensúlyzavarokhoz, vagy az élővilág pusztulásához is vezethetnek.

O A szm ogriadó

A szm o g riad ó egy intézkedési rendszer, am ely akkor lép életbe, ha a levegőszennyező anyagok legfontosabb összetevői az előírásoknak m egfelelő időintervallum ban m eghaladják az ugyancsak előírásokban m egszabott határértékeket <131.2. ábra). Ezek lágy vannak m egállapítva. hogy a szmogriadó elrendelésekor még ne okozziinak megbetegedéseket. A riadó ezek m egelőzéséi szolgálja, azaz a lakosság egészségét védi. M agába foglalja az üzem ek kibocsátásának csökkentését és a közlekedési korlátozásokat. A legfontosabb teendők, am elyekre a töm egkom m unikációs eszközökön keresztül folyamatosan tájékoztatják a lakosságot: a csecsemők, az idősek és a betegek ne menjenek az utcára, a száj és az ó i t elé szűrőkendőt (betétet, adszorbenst tailalm azó anyagokat ?;tb.) kell tenni. Teljes dohányzási tilalommal járhat, a fűtés mértékét is csökkentik.U gyanakkor m egerősítik az orvosi ügyeletés a m entőállom ások kapacitását. 131.2. Nagyvárosi szmog


O Környezetvédelmi adóNevezik köriiye/cllias/nálatí díjnak, ökoadónak is. Ez egy gazdasági ösztönző eszköz, amellyel arra késztetik a gazdálkodókat, hogy tevékenységük minél kisebb mértékben legyen környezetkáio- sító. Mértékéi egyénre szabottan, oly méilékben kell megállapítani, hogy a szennyezők költségeik csökkentése érdekében végrehajtsák a korszerűsítéseket, és a szennyezést vagy károsítást megszüntessék. illetve mérsékeljék.

Környezetvédelmi bírságA szennyező anyagok hatiüérték feletti kibocsátása esetén kiróható birséig. Az adótól annyiban tér el, hogy egyébként nem szennyező vagy károsító gazdálkodóra a vétség elkövetése miatt egyszeri, konkrét alkalomra szabják ki.

Vélemény a környezetvédelmi adók és a környezetvédelmi bírságok hatékonyságárólA hitzüi gyakorlatban a kömyezetvédelmi adók, illetve bírságok egyáltalán nem elrettentőek, ugyanis a cégek, intézinények a csekély bírságot belekalkulálják tevékenységük költségeibe. Ezéil fordulhat elő. hogy lakóp<ukok miatt védett teiületeken lévő társulásokat pusztítsanitk ki, vagy a vizeket, a talajt ipari üzemek, kisebb vállalkozások rendkívüli mértékben szennyezzék.

© KIPUFOGÓGÁZOK NÖVÉNYÉLETTANI HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA (emeltszint) 9. vizsgálat

A gépkocsik kipufogógázai a m érgező égésterm ékeken (CO , C O j, NO2) kívül egyéb szennyeződéseket is (például ólm ozott benzin esetén ólom száim azékokat) taitalmiiznak. Ezek a nagy forgalmú utak szegélyvegetációjára, az utcák, terek növényzetére káiosító hatással vannak. A korszerű gépkocsik szennyezőanyag-kibocsátása m a m ár jóval alacsonyabb szintű, m int a régebbieké. K ülönösen a kétütem ű m otorral felszerelt Trabant és a W artburg gépkocsik voltak nagy környezetszennyezők.

ANYA(;oK KS ESZKÖZÖK: műanyag zacskó, búzaszemek. 2 db cserép, kerti föld.

VKíiRKll.vrrÁs: Szám oljunk m eg 5 0 db búzaszem et, és tegyük őket m űanyag zacskóba. Ezután a zacskóba fog juk fel egy szem élygépkocsi (pl. kétütem űek, rosszul beállított vagy elöregedett dízelautók) kipufogógázát, és a zacskót kössük el. Tartsuk a búzaszem eket 30 percig a kipufogógázban, m ajd vegyük ki őket.Ülte.ssük el egy cserépbe, ugyanakkor ültessünk el 50 db olyan búzaszem et is, am elyet nem kezeltünk.Hasonló körülmények között neveljük őket. 132.1. A búz<i csíriíztatúsa

'i.\i*ASZ'i‘ALAT KS MAííYARÁZAT: Szám oljuk ki m indkét cserépben n kefési szózolékof! H asonlítsuk össze a két cserépben nevelt tuivények fejlődésének ütem ét!A kipufogógázzal kezelt magvak jelentősen alacsonyabb százalékban kelnek ki, a kikelt növények fejlődési üteme lassúbb lesz.

A víz 1 3 3

2 4 . A víz

KÖZKI>SZINTfj követelm ény:

O Éitelm ezze a vizek öntisztuló képességének m agyarázatát, koilátait.

© Ism ertesse a fontosabb vízszennyező anyagokat.

o Ism ertesse az ivóvíz nyerésének m ódjait, az ezeket a foirásokat fenyegető veszélyeket.

O Éitelm ezze a „közm űolló” fogalm át, a m echanikai és a biológiai víztisztítás lényegét, lehetőségeit. Fogalm azza meg az álláspontját a legfontosabb teendőkről.

O A v ize k Ö ntisztulása

A v izek ö n tisz tu lá sá n a k tekintjük az t a folyam atot, amely során egy természetes víz a beléje keKilt szennyező anyagtó l külső beavatkozás nélkül m egszabadul.Az öntisztulás bekövetkezhet szervetlen úton is, az e.se- tek többségében azonban hiolóffiái fo iyóm at, abban élőlények vesznek részt. .Szerves eredetű szennyeződés esetén kém iai szem pontból o x id ác ió s lépésekből áll.A keletkezett szei-vetlen anyagok vagy kiiUepeJnek, vagy a tápláléklánc term elői veszik f e l azokat. A szervetlen e red e tű anyagok e lső lépésként p rokarió tákba vagy ugyancsak növényekbe kerülhetnek. A z öntisztulásbanbaktérium ok és gom bák, valamint planktonszervezetek, az állatok közül szivacsok, csalánozók, kagylók, egyes férgek vesznek részt (i.'xi.jíhra). Üteme függ a szennyezés mértékétől, a víz oxigéntartalm ától, a hőm érsékletétől és az élővilágától egy«u ánt.

133.1. A s2er\'cs eredetű szennyeződés egy icszct <1 lennel szcívczctck veszik fel

O A le g je len tő se b b vízszennyező anyagok

A tengerek vizét leginkább a tengeri szénhidrogén-bányászattal kapcsolatos szennyeződések, valam int a kőolaj szállításával kapcsolatos balesetek jelentik (i.u.i.ábra). A vízbe kerülő kőolajszárm azékok azon túlmenően, hogy a növényekkel vagy állatokkal közvetlenül érintkezve azok pusztulását okozzák, a víz felszínén vékony film et képezve szétterülnek, és hatalm as m ennyiségű vizet zárnak el a levegővel valóérintkezé.stől (i.vu.ábra). A fellépő oxigénhiány miatt a szennyező anyagokkal közvetlenül nem érintkező élőlények is elpusztulhatnak.

A part menti, legproduktívabb zónák biocönózisait a szárazföldről beöm lő szennyező anyagokat tartalmazó folyóvizek veszélyeztetik.

A vizek szennyeződését a m egnövekedett szervesanyag-tartalom , a szervetlen ionok feldúsulása. a mérge- ,33 j. a vfe felszínen az oh,jszá.™,zékok ző anyagok, a termikus szennyezés, valamint a radioaktív vékony filmet képeznek


itt futott zátonyra a tankhaiö B Olajjal szennydzdtt partszakasz

134.1. Oliijkatiiszti Sfa AliL'izkában

anyagok vízbe kerülése egyarán t e red m ényezheti.

A különböző m érgező anyagok , gyom- iitók, permetezoszerek. nehézfém-ionok (kadmium. cink. ólom , higany, réz, nikkel), ip a ri m ellék term ékkén t vízbe keiülő egyéb szeny- nyező anyagok azért nagyon veszélyesek, mert beépülnek a táplálékláncba, és esetleg nem zedékekkel később, feldúsulva fejtik ki toxikus hatásukat. Az ipar által term elt szintetikus szerves vegyületek (például a DDT-

Eves te lha sn iU s200000t

Tal»ib»n; 900000 t Haiakbaa: 6001

OOT-tdh3Sffi s OOTahaUMan OOTataia

134.2. A DDT fcIhalinozódiÍNu u környezetben

Szennyezés fajtája

Hőszennyezés

Mikrobiológiai szennyezés

Bakteriálisán lebontható szerves anyagok

TrágyákFémek, toxikus fémhulladékok

Növényvédő szerek

Mosószerek

Szénhidrogének

Szerves kiórvegyületek

Műanyagok

134.3. A vízszennyezés típusai

Természetemelegvíz

baktériumok, vírusok, gombák

cukrok, fehérjék, zsírok

nitrátok, foszfátok

higany, kalcium, ótom. alumínium, arzén

rovarölők, gombaölök. gyomirtók, növényvédő szerek

nyersolaj és s z á rm a z ó

poliklórozott bífenilek. Mórozott szénhkirogének

óriásmolekulák

Forrásaatomerőmüvek

városi szennyvizek, állattenyésztés, élelmiszeripar

kommunális szennyvizek, mezőgazdaság, élelmiszef- és faipar

mezőgazdaság

ipar, mezőgazdaság, füst. savas esők

mezőgazdaság, ipar

konvnunális szennyvizek

ipar, kőolaj-finomítók, közlekedés

ipar

ipar

hez nagyon hasonló poliklóiozott bifenilek, PCB), bár vízben csak kism értékben oldódnak, rendkívül veszélyesek <i34.2.áhni). A vízszennyezések típusait a (LM.3.áhi-H) foglalja össze.

O Az ivóvíz nye résének m ód ja i és az ivóvízbáz isoka t fenyege tő veszé lyek

Az ivóvizek kinyerésére inkább (kb. 45% ) p a rti szű résű k u tak a t használunk (i.^s.i.áhrH).E zek a kutak a nagyobb fo lyóink m ellett találhatók. Beléjük a víz a folyók sóderes-ka- vicsos ágyán szűrődve ju t. Budapest v ízellátása gyakorlatilag teljes egészében ilyen kutakból történik. Jellegükből következik, hogy a vízszennyezésekre nagyon érzékenyen reagálnak. Az egyéb vízkinyerési lehetőségek közül a legjelentősebb (kb. 35% ) a kőzetek nagyobb m élységeiből kinyerhető rétegvíz.Ezt a vizet nevezik a r té z i víznek is. A legkiválóbb minőségű ivóvíz a karsztv íz (kb. 6%).A kaisztvízkészletet elsősorban a bányászat fenyegeti. A Bakony karsztvízkészlete jelentős mennyi.ségben „tűnt el” a bauxitbányák m egnyitását követően. Legkisebb mennyiségben áso tt k u ta k és fú r t c so k u tak részesednek az ivóvíz biztosításában. A talajszennyeződésre szintén érzékenyek, hiszen 2 0 -3 0 m éter mélyről adnak vizet. Hegyvidéken kisebb települések vízellátását egy-egy hegylábi fonásra épült töipe vízmű is biztosítja M agyarországon.

M ára már a felszínen folyó vizeink, néhány hegyi pataktól eltekintve nem ihatóak. Sőt a felszín alatti vizek többsége is erősen szennyezett. Ezért a talajvíz mintegy 20 méteres mélységig ivóvízellátásra nem alkalmas.

O A közm űo lló

A közm űolló a vezetékes ivóvízzel való e llá to ttság és a c sa to rn ázo ttság m értékének összevetése (135.2. ábra). M a hazánkban elég távol van egym ástól az olló két szára, mert a lakosság 87% -a kap vezetékes ivóvizet, és csak alig 40% -a van ellátva szennyvízelvezetéssel. Ma

___________________________________________________________________________A víz 1 3 5

135.1. Magy<uoi>iz<íg felszíni vizeinek minősége

egykmMi-Ufozstrajutó

szenrry>tt*hMozat tiossza

7»m ■

seom _500m —1

---- -

135.2. A vízfogyaszlás és a szennyvízhálózat hossza


a talajban lévő vízkészleteket legnagyobb mértékben a kommunális szennyvizek fenyegetik. Ugyanis a nem csatornázott településeken a fürdőszobás családi h<lzak szennyvizeit (nagyrészt nyílt „házi derítőkön” keresztül) a talaj szívja el.

A m e ch a n ika i és a b io ló g ia i v íz tisz títá s lényege

samyvizD ^ D

ksTtaw nagyon szerwiyeott víz akg uennyeatt mz

A term észetes vizek m ech an ik a i tisz títá sa a lebegő anyagok eltávolításával kezdődik.Ez ülepítéssel. derítéssel, végül szűréssel történik. A durvább szűrést több. egyre finomabb lépés követi. <i.Vi.2.Hhr»)

A b io lógiai szennyv íz tisz tításban az algák - bizonyos baktériumfajokkal együtt - ma nélkülözhetetlen szerepet Játszanak. A víz- tisztítási folyam at lényege, hogy a szennyvízben elszaporított algák fotoszintéziséből szárm azó oxigén felhasználásával a baktériumok oxidálják a vízben lévő szerves anyagokat. A bakteriális folyamatok során szén-dioxid szabadul fel, valamint nitrátok, foszfátok stb. keletkeznek. Ezeket a szervetlen anyagokat az algák beépítik szeivezetükbe, tovább szaporodnak, és még több oxigént teim elnek.Ez m ég több baktérium szám ára biztosítja az életfeltételeket, azok is tovább szaporodnak. m ég több szen'es anyag bomlik le. é s még több szervetlen ion keletkezik. A folyam atsorán tehát a baktérium-alga kölcsönhatás eredményeképpen egyre kevesebb szennyező anyag lesz a vízben, és egyi e nő a baktériumok és az algák tömege a mind tisztább vízben. (i.Vi.i.úhni)

ásványianyagok

NO}

mfcro-orvanamusok

taMyW93(r6i

^ '— ' ~ ■ l i

nuMD-wganCTusok

■5

136.1. A vízszennyezés hatása és néhány indikátor* élőlény

136.2. Mestei>iéges szennyvíz!iszlítils (/\), tennészetes szennyvíztisztítás (li)

AZ ENERGIA ÉS A SUGÁRZÁS 1 3 7

2 5 . Az energia és a sugárzás


O Ism ertesse a hagyom ányos és az „alternatív” energiafonásokat, a m egújuló és nem m egújuló energia különbségét.

e Éitelm ezze az atom energia felhasználásának lehetőségét és veszélyeit.

© Tudjon az energiatakarékosság lehetőségeiről.

O Fejtse ki álláspontját a hazai energiagazdálkodás lehetőségeiről.

O A hagyom ányos e n e rg ia fo rrá so k

Az energia a mindennapi életünk alapszükséglete. Az elkövetkező időszak gazdasági fejlődését jelentősen befolyásolja egy megbízható, biztonságos, környezetvédelmi szempontból megfelelő energ iafonás. Sajnos napjainkban még nincs ilyen energiafajta. A mai legjelentősebb eneigiaforrások az úgynevezett hagyom ányos, azaz nem m egú ju ló en e rg ia fo rrá so k közül kerülnek ki. Ezek: a földgáz, a kőolaja a szén, a tőzeg és a hagyom ányos atomenergia.

Az a lte rn a tív e n e rg ia fo rrá so k

A lternatív energiafonásnak m inősülnek a m egú ju lok (i37.i.ábrH). n fa . a növényi m elléktermékek, a trágya, a víz, a geotermikus, a Naf), az árapály, a szél, a hullám zási, valamint a nukleáris erőm űvek közül d fúziós reaktorok. Ezek mind hozzájárulhatnak a jövő energiaellátásához. vSajnos azonban m indegyiknek m egvan a saját gazdasági, egészségügyi és környezeti káros „m ellékhatása” . Az erdőirtások eróziós kára nyilvánvaló, a folyók vízlépcsőrendszerei csak időleges és kis teljesítményű megoldásokat tudtak felmutatni, ugyanakkor az általuk okozott ökológiai károk katasztrofális m értékűek, a szélerőm űvek tájrom bolóak.

137.1. A z iillcmalív ciőművck megújuló cncigi;tfoir*isokal hiisználniik. A bioiniisszit (/\). a biogáz {!i). u vízenergia (O , a geotei m ikus {D), a napenergia (£') és a szélenergia {F) hasznosítása


O Az a to m e n e rg ia fe lh a szná lá sá n ak lehe tősége i és veszé lye i

Az aromerőművek m űködésének elve. hogya radioaktív bom lást hő keletkezése kíséri. j o - : ><

^ Vv'Ha a bom lást irányítani tudjuk, akkor a fejlődő ho is kezelhető, és víz melegítéséie használható fel. A gőzzel azután turbinákat lehet ' í - m eghajtani, és elektrom os áram termelhető.Ez történik az atom erőművekben. Az atom- ’erőm űveknek számos kedvező tulajdonságukvan. szennyezik a levegői, nem járnak raa«»M«zajárta lom m al, és k is m ennyiségű hasadó öwywfeanyagból is nagy m ennyiségű energia term e- 138.1. Radloiiktív szennyeződések a Földön lésére képesek. Ennek ellenére az atom erőművek nem váltották be a hozzájuk fűzött reményeket. Felépítésük rendkívül költséges, a radioaktív anyagnak használt urán bányászata nehéz és egé.szségkáiosító, és elképesztő tömegű m eddő kitermeléssel já r, am ely sugárveszélyes, fertőzheti a környezetet, a talajt és a vizeket. A kimeríHt fűtőelem ek rendkívül sugárveszélyesek. Biztonságos tárolásuk kérdése nem m egoldott. A hulladék fároUísának idejét a leghosszabb felezési idejű izotóp határozza meg, ami akár ezer év is lehet. A különböző anyagokba (betonba, bitumenbe) való ágyazás, majd a stabil sziklaalakzatokba való beépítés, vagy tengerfenékre süllyesztés, évszázadokra előre biztonságosan nem tervezhető és nem kivitelezhető. Az esetleges erőm űbalesetek ökológiai ka tasztrófák időzített bom bái (pl. C sernobil). Ezért Európa több országában (pl. Belgium, Finnorsziíg, Svájc) egyáltalán nem építettek atomerőművet, Svédországban a már működő erőművet leállították.

O Lehetőségek az ene rg ia ta ka ré ko ssá g ra

A mindennapok energiafogyasztását m agunk is mérsékelhetjük. Ezzel nemcsak a globális kérdés m egoldását segítjük, de pénztárcánkra is vigyázunk. Csak néhány példa:

Bár az elektrom os kisgépek többsége már energiatakarékos, a háztartások energiafogyasztása még mindig pazarló. Például a televízió, videó, mosógép készenléti állapotban tartása energiaigényes. Kevesen vásárolják a ma még drágább, de hosszabb távon költségkímélő takarékos lám paizzókat. Igen energiaigényes a folyó vízben történő m osogatás és fogmosás. Á ltalában minden csökkentett m elegvíz-fogyasztás energiatakarékosságot jelent.

Rengeteg „energia vész el” a rosszul Ziiródó ablakokkal, ajtókkal. A hőszigetelő kültéri falburkolat és a korszem nyílászárók a fűtési energia 60-70Vé;-os csökkenését is eredményezhetik a háztartásokban. Hasonlóan sokat jelenthet a program ozható term osztát, am ely egy alacsonyabb nappali (és éjszakai) hőmérsékletről csak akkona fűti fel a lakást, amikor hazaérkezünk.

O A hazai ene rg iagazdá lkodás he lyzete

A hazai energiagazdálkodás elsősorban a nem megújuló, hagyományos energiafonásokra épül. Ezek is jobbára barnaszénre vagy lignitre települtek (pl. Inota, Bükkábrány). M egújuló energiaforrással dolgozik a tiszalöki vízi erőm ű. A tom erőm űvünk Pakson található.

A TALAJ 1 3 9

2 6 . A talaj

KÖZKI^SZINTÜ követelm énv:

O M agyarázza meg a talajerózió okait, csökkentésének lehetőségeit.

© Eitelm ezze a talaj rom lásának, illetve javításának folyamatát.

O A ta la je ró z ió okai

A ta la j erózió ja a termőtalaj pusztulását jelenti ábra). Az enióirfások, a hányászítf, n fö ld m űvelés növeli annak a veszélyét, hogy a termőtalajt a szél e lh o rd ja (ez a defláció) és a csa p ad ék v íz lem ossa, főképpen a m eredekebb hegyoldalakról. Mivel a szél és a víz hatása a növényekkel ritkábban boi ított területeken sokkal erőteljesebben érvényesül, a természetes növénytakaró védelme egyben talajvédelmet is jelent. A mezőgazdaságilag művelt területeken- a nagy táblák kialakítása érdekében kiirtott mezővédő erdősávok hiánya miatt - semmi sem állja útját a szél pusztító erejének. Statisztikai adatok szerint hazánkban évente mintegy 80 m illió m- term őtalajunk vész el a szél eróziós hatása következtében.

O A ta la jszennyezés

A talaj szennyeződését közvetlenül eredményezik a növényvédő szerek és a műf rá fia k (i4«.i.ái>ni). A különböző lovarölő szerek, gom baölő szerek és gyom irtók többsége nehezen lebomló. kevésbé szelektív szerves vegyületekből áll. Pennetezéskor a légáramlatokkal nagy területeken szétszóródó anyagok a talaj élővilágát veszélyeztetik. A talaj alsóbb vízrétegeibe kerülő fe-

139.1. Talajerózió (/\), a talajerózió elleni védekezés egyik módja a tentszos művelés (/^)


lesleges m űtiágya ugyancsak veszélyfoirás.A foszfátok komoly talajkárosítók lehetnek a bennük lévő nehézfém -szennyezodések (főleg kadm ium és higany) miatt. A nitrátok túlzott m értékű használata - am ellett, hogy a ta la jv ízbeju tva azt mérgezik - a talaj mik- rofaunáját is elpusztítják, sót a term esztett növényeket is káiosítják.

A hely te len vízelvezetések és szabályozások a talaj szikesedéssei 'yíwó degradációját okozzák . A hortobágyi szikes puszták nagyobbik része is a talajvízszint csökkenése és a Tisza szabályozásának eredményeképpen alakult ki.

A folyók betonpartok közé szorítása és a felszíni vizek csatomákkal történő elvezetése felgyorsítják a felszíni természetes vízfolyásokat. Ezzel megakadályozzák, hogy a folyók lerakják hordalékaikat. Hazánk talajeróziós vesztesége csak a Dunán ál m integy 10 m illió tonna talaj évente.

140.1. A túlz lsba vitt műtrágyázás egyik lcggy<ikoiibb talujpusztíuis

A ta la jja v ítá s lehetősége i

A rossz te rm oképességu ta la jo k m inőségének ja v ítá sá ra a szakem berek különböző eljárásokat dolgoztak ki. Hazánkban ezek közül le^elen tősebb talán a szikes javításának lehetősége. A szike.seink többsége nem természetes eredetű, hanem az elhibázott folyószabályozások következtében kialakult puszták.

A szikes talajok kedvezőtlen tulajdonságait a talaj felszíni rétegében való nátriumion felhalmozódá.sa okozza. Ennek következtében tömör, szellőzetlen, szerkezet nélküli, rossz vízm egkötő képességűvé válik a talaj. Javítása kémiai úton valósítható m eg, lényege a nátrium ionok kalcium ionokra való cseréje. A U thjko/loU hkni adszorbeálodó anyagok közül a Ca '*'- ionok .szerepe a le^elentősebb. A felületükön kalciumionokkal telített talajrészecskék könnyen állnak össze nagyobb szem csékké, azok apróbb rögökké, kialakítva ezzel a talaj jellem ző szerkezetét. A morzsás szerkezetű talajok részecskéi között meglévő szabad tér, az összpóms- tértbgat magas éitékű. Ennek egy részét víz, másik részét levegő tölti ki, mindez a talajélet szem pontjából igen kedvező. A szikes talajok megjavítása céljából Tessedik Sámuel javaslatára m ár kétszáz évvel ezelőtt a kim osódott kalciumionokat tartalmazó altalaj felszíni szétterítését alkalm azták, illetve a talaj felszíni rétegét „m eszezték”.

A talaj minőségének javítását szolgálják a trágyázás! folyamatok is. Közülük a zökttrá^yá ' záv azt jelenti, hogy pillangósvirágúakat (leginkább lucernát vagy herefajokat) vetnek el. és később a m ár zölden viruló vetést beszántják. Ez nem m űködik abban az esetben, ha a talaj nitrogéngyű jtő baktérium okban szegény. E kkor ugyanis p illangósv irágúak vetésére nem alkalm as. Ebben segíthet a „talajoltás” . Ennek során földlabdákkal m esterséges baktériumte- nyészeteket ju ttatnak a talajba.

A talajjavítás eszköze lehet a vízelvezetés, ezzel a szikesedést lehet m egakadályozni. T alajvédelm et jelen t a növényzet védelm e, ezért szükséges a mezővédo erdősávok telepítése.

A HULLADÉK 1 4 1

2 7 . A hulladék


O Ism eitesse a hulladék típusait, kezelésük lehetséges módját.

© Lássa a szelektív gyűjtés előnyét, összefüggését a feldolgozással és az újrahasznosítással.

O A hu lladék

A h u llad é k az ipar, a mezőgazdaság, a szolgáltatás és a lakosság m indennapi tevékenysége során keletkező olyan anyagok összessége, amelyek a keletkezésük helyén és idejében feleslegesek. hasznavehetetlenek. A m egfogalm azásból következik, hogy m áskor és máshol még éltékesek, hasznosak lehetnek, ezéit lehetnek újrahasznosíthatóak.

A h u lla d é k típusa i

A hu lladékok eredetük és összetételük, valamint a környezetre gyakorolt hatásuk alapján csoportosíthatók (141.1. ábra). A háztartásokban, intézm ényekben, települések utcáin keletkező hulladék a szennyvíztisztítók iszapjával együtt képezi a kom m unális hulládékor. A termelési hulladék az iparban keletkezik. A m ezőgazdasági hulladék magába foglalja a növénytennesz- tés és állattartás hulladékait a takarm ánym aradékoktól kezdve a trágyáig.

A hulladék összetételét tekintve lehet tiszta, ebben az esetben egynem ű, ezért könnyebben kezelhető. Ilyenek egyes termelési hulladéktípusok, például a fémforgács, a fűrészpor, a nagyüzemi textilhulladék, a hígtrágya. Jobbára azonban vegyes összetételű, ez a kom m unálishulladék legfőbb jellem zője is. Eredetét tekintve beszélhetünk fém-, fa-, papír- és textilhulladékról, és külön em líthető a háztartásokban keletkező szerves hulladék (étkezési maradékok, konyhai hulladék: krum plihéj, alm acsutka stb.). A hulladék mintegy 5% -a „veszélyes hulladék " , ez azt jelenti, hogy a környezetre és az egészségre ártalmas, ezért különleges kezelést igényel. Veszélyes hulladékok a m érgező (festékek, vegyszerek), a feitőző (gyógyszergyári hulladékok, kórházi hulladékok), a sugárzó hulladékok (atom erőm űvek kiégett fűtőelemei). Ezek egy része is újrahasznosítható, további jelentős hányada íülahnatlanítás után megsemmi-

Eredet szerint

Települési

Termelési

Szilárd

háztartási és utcai hulladék

ipari mellékterm^ek és hulladékok. ipari szennyvizek, állati eredetű hulladékok, almos trágya olajok, hígtrágya

Veszélyes

141.1. A hulladékok csopoiiosííiisii eredet és halmazálliipot szeiinl

Halmazállapot szerint

Folyékony Iszapszerű Gáznemű

kommunális kommunális szernyviz- .aLxv,xwú»ések füstié szennyvíz iszap, szippantott iszap 'a^naztutesek füstje

ipari szennyvíziszapok ipari füstök és gázok


sítheto (pl. égetés). Egy m aradék hányaduk pedig különleges raktárakban vár a sorsára. Utóbbiak folytonos veszélyfonást jelentenek a táiolás hiányosságai, a sziváigás, a bemosódás. az elillanás és a sugárveszély miatt. A kezelésük egyik módja a lerakással egybekötött ártalm atlanítás, így já in ak el például a galvániszappal és a m űtrágyagyártásból szánnazó foszfátiszapokkal.

O A sze le k tív hu llad é kg yű jtés és -keze lés

H azánkban évente mintegy 100 millió tonna hulladék keletkezik. Ezek részben iijrah asz - n o s íth a tó k , részben környezetbarát m ódon kezelhetők, azonban elsősorban csak akkor, ha nem vegyes összetételűek. A szetves anyagok (lehullott lomb. ételmaradék, mezőgazda- sági hulladék stb.) komposztálhatok. A nagyüzemi kom posztálásban természetes lebontás m egy végbe oxigénben dús körü lm ények között, felgyorsítva. Az egyéb hulladék je lentős hányada újrahasznosítható (papír-, fém-, textilhulladék). Ezéit van nagy jelentősége a szelek tív h u llad ék g y ű jtésn ek ábra).A vegyes települési hulladéknak csak m integy harmada égethető el. és nyerhető belőle energia. A m<uadék lerakóhelyekre kerül, ám ezek környezetbarát kezelése költséges. Ha m egtelnek a lerakóhelyek, előbb földelik, majd rekul- tiválják. azaz erdőt telepítenek rá.

A hu lladékkeze lés leg főbb p ro b lé m á ja

A hulladékkezelés alapproblém ája az. hogy az egyre növekedő m ennyiség m egnyugtató és környezetbarát módon történő megsemmisítésére ninc.senek m eg az anyagi és műszaki feltételek. (1 42 .2 . á h ra )

MMtket«*a«nk&

142.1. A liikossági szelektív huiliidékgyűjtésbe bevont teiiilelek

talaj, építési tömdék „api fdtsltés

növényekkel benőtt védőfal hulladéktömörító

’ • >yí7>Író'réieg

bevitel ellenőrzése, mérleg

, megfigyelőkút

talajvíz

142.2. A települések köiiili szeinétlenikó keiesztinetszete

1 4 4 AZ ÖRÖKLŐDÉS

2 8 . A genetika alapfogalmai


O Ism ertesse a gén és alléi, a genetikai kód, a kromoszóm a, a rekom bináció, a kromatin- fonál és a hom ológ kromoszóm a fogalm akat.

© Fogalmazza meg az általános összefüggést a DNS bázissonendje, a fehérjék aminosav- sorrendje, térszerkezete és biológiai funkciója, valamint a tapasztalható jelleg között.

€> Á bra alapján ism ertesse a DN S-m egkettőzés folyamatát és a DNS -> mRNS átírás (transzkripció), valam int a fehérjeleolvasás (transzláció) főbb lépéseit.

O Ism erje annak a jelentőségét, hogy a genetikai kód általános érvényű.

© Kösse a fehérjeszintézis fázisait az eukarióta sejt alkotórészeihez.

KMELT SZINTŰ követelm ény:

© H asználja a kodonszótárat.

O Magyarázza el, hogyan használják fel a baktériumokat az emberi fehéije előállítása során.

O G ene tika i a lap fo g a lm a k

Egy gén egy tulajdonság (m űködés) kialakulását kódoló DNS-sz<ikasz. Egy egyed génjeinek az összessége a genom . A genom egy egyedben m űködő része a genotípus. A genotípu.sok eredm ényezik az élőlények megjelenő tulajdonságait. Egy élőlény megjelent tulajdonságainak az összessége a feno típus. Az öröklődésm enetek vizsgálata során a genotípus és a fenotípus fogalm akat az éppen vizsgált tulajdonságra szoktuk szűkíteni.

A gének változatai az alléink. Például a vércsoportért felelős géneknek három génváltozata, allélje van, egyik az A, a másik a ^ je lű antigéntehéije kialakításáéit felelős. Van egy harmadik génváltozat is, ez az alléi ném a, azaz semm ilyen antigénfehérje nem termelődik a hatásáia (Ö-vércsoport).Ha egy egyed hom ológ krom oszóm áin azonos allélok vannak, aira a tulajdonságra nézve hom ozigó ta , ha eltérőek, heterozigóta. Például az i4-vércsoport kialakulhat hom ozigóta (AA) és heterozigóta {AO) form ában is.

A krom oszóm a és a k rom atida

A krom oszóm ákat az 1800-as évek elején figyelték meg először. Elnevezésük görög eredetű, a „chm m o” színeset, a „som a” szemcsét jelent. A szóösszetétel an a utal, hogy bizonyos festési eljárásokkal nagyon erősen festődnek.A krom oszóm ák az osztódás közben a sejtm ag anyagá- hói ahtkufnak ki. Ekkor ugyanis a krom oszóm ák m egnyúlt, vékonyfonalas állapotukból erősen felcsavarodott

A GENETIKA ALAPFOGALMAI 1 4 5

D N S keltfis •

bcfű.zMés

töm ör állapotba ju tnak , ezáltal rövidebbek és vastagabbak lesznek < i 4 4 . i . á h r a ) . K ém iai összetételük DNS és sejtm agfehéijék. A krom oszóm ák fehéijéi a h isztonok. A hisztonok szám os bázikus kém hatású am inosavat taitalm aznak. főleg argininbol és lizinbol van bennük sok. A kromoszómákhoz nem hiszton jeUefiíi fehérjék is kapcsolódnak, ezek különböző feladatokat ellátó enzimek.

A krom oszóm ák két k ro m a tíd a fo n a lb ó l állnak <i45.i.ábni). Az egyes krom atidák egymás m ásolatai, ezéit méretben és DNS-tailal- m ukban teljesen megegyeznek. A kromatidá- kat a krom oszóm a befűződése, a cenfrom era köti össze. A centrom era helyén a krom oszóma két karra különül.

A krom oszóm ák szám a fajra je llem ző , állandó élték. Egy adott faj bármelyik sejtjében mindig a rá jellemző számú, alakú és nagyságú krom oszóm a található. A resti sejtekben két teljes krom oszóm asorozat található. Ez azt jelenti, hogy minden genetikai inform áció kétszere.sen kódolt a kiom oszóm ákban. A párok egyike apai, a m ásik anyai eredetű. E zek a hom ológ k rom oszóm ák . A z em ber összes sajátosságúiéi! és tulajdonságaiéit felelős genetikai információk például 23 db kromoszóm ában találhatók meg DNS-be kódolt form ában. Ennek m egfelelően a testi .sejtjeinkben 46 db krom oszóm a található. Vannak azonban o lyan sejtek is, am elyek minden kromoszóm ából csak egyet taitalm aznak. Ilyenek például a növények spórái, az állatok vagy az embei' ivarsejtjei. A zok a sejtek, am elyek egyszeres krom oszóm asorozatot tartalm aznak, a h ap lo id sejtek. Kromoszómaszámuk n. Azok pedig, amelyek kromoszómaszerelvénye két sorozatból áll. dip- lo idok. A diploid sejtek krom oszóm aszám a 2/i.

k iotnoszóina

145.1. A krojnoszrtma szerkezete

A reko m b in ác ió

A rekom bináció a meglévő tulajdonságokéit felelős gének új kombinációban való elrendeződése. E z kétféle módon következhet b e . Egyrészt az apai és anyai eredetű k rom oszóm ák véletlenszerű szétválása miatt, másrészt a génkicserélődés (cros.sig over) következtében. M indkét folyam at csak a m eiózisra jeW emzó, és egym ástól teljesen függetlenül következnek be.

A krom oszóm ák véletlenszerű szétválása azt jelenti, hogy am ik o ra meiózis első főszakaszában kialakul a magorsó, és a m agorsófonalak húzószálai elindítják a még kétkromatidás krom oszóm ákat az osztódó sejt csúcsai felé. az apai és anyai krom oszóm ák teljesen esetlegesen, véletlenszem en válnak el egym ástól. Lehet például, hogy egy em berben az első párból az anycii az egyes számmal jelö lt utódsejtbe kerül, az apai a kettes szám m al jelöltbe, viszont a m ásodik pár kromoszóm ából az apai eredetű kerül az egyes számmal jelöltbe, és az anyai a kettesbe, és így tovább. Ö.sszefoglal va: a hom ológ krom oszóm ák közül az egyik mindig az egyik, a párja viszont a másik utódsejtbe kerül. A zigótában tehát a szülői tulajdonságok


fckfwmolOgJflffomoszómák

SkhomolOg J f krotnoszömák

átkeresnezödes S S többszörösátkeresztezödés

r i rekombtáns r liromatídák

■1 retombiáns r kromatidák

génjei a krom oszóm ák keveredése m iatt új kom binációban jelentkeznek.

Rekombináció bekövetkezhet allélkícseré- lődés következtében is. Ugyanis a m eiózis jellem ző sajátossága, hogy a homológ krom oszóm ák az osztódás első főszakaszának elo- szakaszában összetapadnak, és átmenetileg egy négykrom atidás krom oszóm a jön létre. Később ezek újra elválnak egym ástól. Eközben azonban viszonylag nagy gyakorisággal bekövetkezhet egyes krom oszóm aszakaszok kicserélődése (Crossing over) a hom ológ kio- m oszóm ák karjai között, ami ugyancsak új génkombinációk kialakulását jelenti (i-Ki.i.Hi)n<).

O A DNS szerepe az örökítésbenA D N S kulcsszerepet tölt be az öröklődés folyamatában, maga az örökítőanyag. Ennek megfelelően meghatározó szerepe van ix fehérjék, valamint a nukle 'msavak hio.szinrézisében. A vörös- vérsejlek kivételével minden sejtben megtalálható. A DNS nukleotidsonendjének információiból a fehérje bioszintézis során keletkező szerkezeti fehérjék és az anyagcsere-folyam atok irányításán keresztül az enzimek működésének eredményeképpen jelennek meg a tulajdonságok. A DNS-ek különbözőségét a bázisok sorrendje, valamint a nukleotidok számának eltérése adja. E gy fehérje kialakításáért feleUh DNS-szokasz a gén. Egy gént felépítő nukleotidok hármasával jelentenek egy-egy amiuosavot. Egy aminosavéil felelős bázisháimas a genetikai kód.

146.1. Allclkicsciciődés a ineiözis sorún (egyszeres és többszörös átkereszteződés)

A fe h é r jé k szerepe a tapasz ta lha tó je lle g e k k ia lak ításában

A fe h é rjé k m eghatározó jelentőségűek a sejtek életében. Fehéijék felelősek egy szervezetben a sejtek felépítéséért, egyediségéért,, enzimfehéijék szabályozzák a lezajló biokémiai folyamatokat. Fehérjék játszanak szerepet a szervezeten belüli védekezési reakciókban és az életfo-*lyam atok irányításában is. Á ltalánosítva azt mondhatjuk, hogy a sejtek, rajtuk keresztül egy szervezet tulajdonságai a rá jellem ző fehérjéktől függenek. Megfordítva is igaz a megállapítás, az egym ástól különböző élőlények nem csak tulajdonságaikban, hanem fehérjekészleteikben is különböznek egymástól.

Az élővilágban egységesen ugyanaz a hú.szféle am ínosav vesz részt a fehérjék felépítésében. M ivel húszféle am inosavból (az am inosavak száma nincs korlátozva!) korlátlan számú kom bináció rakható össze, az élővilágban korlátlanul sok fehérje jö h e t létre.

A fehérjék minőségét az am in o sav ak ka|K*solódási so rre n d je határozza meg. Ezt nevezzük a fehérjék elsm ileges szerkezetének. Azaz, elsődleges szerkezet hatáiozza meg a fehérjék m űködését. Ha egyetlen am inosavat egy m ásikra cserélünk ki, a fehérje többnyire már nem képes ellátni biológiai funkcióját, ahogyan a szavak jelentése is megváltozik egy betű kicserélésekor. A megfelelő működéshez azonban még az is szükséges, hogy a fehérjemolekula megfelelő térszerkezetű \egyen. A térszerkezetet nevezzük d fehérjék m ásodlagos szerkezetének. Ennek stabilitását elsődleges és m ásodlagos kémiai kötések biztosítják.


O A D N S-m egke!tőződés

A sejtekben a sejtosztódást m egelőzően a sejt in fo rm ác ió ta rta lm a m egkettőződ ik . Ennek m enete a ONS-szálak széfnyílá.sávai kezdődik, majd a szétnyílt szálak mellett új lutkteot'uiszá' lak épülnek fel kom plem enter nukleotidokból. Az eredeti nukleotidszálak pontos mintaként szolgálnak az új szálak képződéséhez, mivel meghatározott bázis csak meghatározott bázissal képezhet páil. A folyamat végén a két új DNS-moIekula teljesen m egegyezik az eredetivel, egyik szála az eredeti D N S-m olekulából való, míg az újonnan képződött ennek a kiegészítő mása. A folyamat minden lépéséi enzim ek katalizálják.

A tra n s z k rip c ió és a tra n sz lá c ió

A DNS-m olekulák a fehérjeszin tézisen (I47.i. áhra) keresztül juttatják érvényre az öröklött sajátosságokat. A DNS azonban nem közvetlenül szabályozza a fehérjék felépítését. Informá- ciótaitcilma először a sejtmagban egy RNS-re íródik át (transzk ripció ). Ez úgy történik, hogy a DNS kettős szál a működni kezdő gén mentén szétnyílik (m int egy rossz cipzái ), és a génről egy „kiegészítő RNS” szintetizálódik. Term észetesen thnin helyett uracií lesz benne. Az így létrejött RNS a h írv ivő RN S (m essenger vagy m R N S), am ely a kódok kiegészítő bázishárm asaiból. kodonokhól áll. Az mRNS a sejtmaghártya pórusain keresztül nyomban a sejtplazmába. a fehérjeszintézis helyére kerül.

A feh é rjék bioszintézise a ríboszótnákon megy végbe. Ide kerülnek a sejtmagban keletkezett hírvivő RN S-molekulák, és ide szállítják az am inosavakat a citoplazm ában lévő szállító R N S-ek ( tra n sz fe r vagy tR N S) is. A szállító RN S-m olekulák jellegzetes m olekularészlete egy három nukelotidból álló szakasz, az antikodon. A hiíiom bázis a kodon kiegészítő bázisai, tehát az eredeti kód Összetételével egyeznek meg (T helyett U). A tRN S-ek szállítják m agukhoz kapcsolva a fehérjeszintézishez szükséges aktivált aminosavakat.

A fehérjeszintézis során a riboszóma végighalad az mRNS-molekulán, és a kodon információja szerinti, m egfelelő íRN S-m olekulát kapcsolja a felületére. A tRNS által hozott aminosav az épü lő fehérjelánchoz kapcsolódik, a tRNS pedig leválik a riboszóm áról. A riboszóm a továbbhalad az mRNS mentén. Egy kodonnal odébb „lép”, újabb íR N S-t „választ ki” a ko-

a bázispárosodás szabálya .

DNS

ümRNS

a bázispárosodás szabálya

kodon-anUuxIon kapcsoiat

enzim-

( amlMsav

a tánckonformációt biztosító kötések

specifitás

DNS- j__szintézis '

(samikonzervativ repllcáciö)

sejtosztódás eiőtt

RNS-szinlézis

(transzkripció)

lehéríeszintézis

(transzláció)

147.1. A genetikai infonnáció átaditsiínuk és kifejeződésének folyamatai


donnák megfelelően, az általa hozott am inosavat is a fehéjelánchoz kapcsolja, és ez a folyamat addig folytat(Xlik. míg a „stop" kód be nem fejezteti az építést. Ezután a kész fehérje egy enzim segítségével leválik a riboszóm áról. ( i 4 X . i . á h r a >

O A g en e tika i kód á lta lá no s é rvényessége

A g en e tik a i k ó d n ak öt fontos sajátossága van. Először is tr ip le t. ez az t jelen ti, hogy három egym ást követő nukleinbázis jelent („kódol” ) egy aminosavat. A kód vesszom entes, ami alatt azt értjük, hogy az egyes tnpleteket semmi sem határolja el egymástól, azaz ha egy nukleotidot találom ra kiválasztunk, arról nem lehet megmondani, hogy melyik kód tag|a, annak hányadik

Lánckezdés

a ríbos2óma kis alegysége

G €9lánctezdő kodon

TflTmRNS

om r

ariboszóma felismeri

azAUG kockXTt

X

o

antikodon

'^aktivált aminosav

L áncnövekedés

O OMIM - -

étl(ezö aktiváii aminosav

L ánczáródás

;op ködön

mRNS

enzm

kis alegység

coo--® © G H 8® -CgZH'OOC— poíipepödlánc nagy alegység

148.1. A fehérjeszintézis Viízlutos menete


bázisa. A kód á lfedésm entes, ami azt jelen ti, hogy minden nukleotid csak egyetlen triplet része. A kód degenerá lt is. Ez a jelzfí a kodnak aira a tulajdonságái a utal. hogy több kódszónak is ugyanaz a jelentése, azaz több bázishármas is ugyanazt az aminosavat kódolja. Ez a degene- ráltság (ami „nem tökéletes”-et je len t szó szerinti fordításban) nagyon is pozitív jelleg , ugyanis éppen a degeneráltság miatt egyes nukleotidok cseréje nem jái’ s.zük.ségszenií változással a fehérjeszintézisben, m eil lehetséges, hogy a változás másféle kódot eredm ényez ugyan, ám az új kód is ugyanazt az am inosavat jelenti. Feltűnő, hogy a leggyakrabban előforduló aminosavakat 4 - 6 kód is jelöli, a rítkábban előfordulókat pedig 1-2 jel. Végül a kód un iverzális, azaz egyetem es, az egész élővilágról nézve érvényes.

— A se jta lko tó k szerepe a fehé rjesz in téz isben

A feh érjesz in téz is színhelye a sejt cifoplaz- imíja, pontosabban a durva felszínű end/>plaZ' m a tih ts reríkulum (DÉR) felszínén lévő ribo- szóm ák . A z örökítőanyagról az inform ációt „kihozó” mRN.S a sejtmagban keletkezik („átírás” ). onnan kerül ki a sejtplazmába. Ezután kapcsolódik a DER-en lévő riboszóm ákhoz. A t-RNS-ek és az rRN.S-ek szintézise is a sejtmagban (sejtmagvacskában) zajlik (I49.i.áhr»).

képződő polipeptkl

riboszőma

149.1. A riboszómúk az mRNS-cn

O Baktériumok felhasználása emberi fehérjék előállításáraA baktériumokat géntechnológiai eljárásokkal lehel más clőlcny fehérjéjének előállításiira felhasználni. Az eljcírás lényege, hogy különböző mikroorganizmusok génállományába magasabb rendű élőlények (pl. ember) olyan génjeit ültetik be, amelyek v«ih«nilyen hasznos anyagot, például fehérjét termelnek. Ezáltal a „transzgénikus baktérium", megfelelő körülmények között, a kérdéses anyag termelőjévé válik. 1982-től a cukorbetegek számára nélkülözhetetlen inzulin is termeltethető transzgénikus baktériumokkal. (149.2. ábra)

A génbevitel rendszerint valamilyen hordozóval, úgynevezett vekiorral történik, amely leggy<»k- rabban valamilyen vírus, általában egy fág.

baktérium eUttUönített enzinuncl pUzmid szítvígoa baktóium

pUzmid P“ Zima pUzmiddd

pUzmidok .knMooszóaiik f

< i í>

^ emberi iimiiiatermeléséit

felelős g6oVi ■ y ^ V A V J W , 9 . ' ^

szétdanbolt ' " “ ■ ^emberi sejt kronxazónu baktérium * pUanidok is a baktórium osztódása

149.2. Az inzulin előállítása transzgénikus Uiktéiíumok segítségével


2 9 . A mutáció

KÖZKI»SZlNTfj követelm ény:

O Hasonlítsa össze a m utációt és az ivaros szaporodást mint a genetikai változékonyság forrásait.

o Ism ertesse a m utáció fogalmát, evolúciós szerepét és lehetséges hatásait (hátrányos, közöm bös, előnyös). Hozzon példát ezekre.

o Ism ertessen példát az emberi népességben többféle génváltozat tartós jelenlétére.

O H asonlítsa össze a m utagén hatásokat (kémiai és sugái'zó), hatásuk felismerésének problém áját, csökkentésük vagy kivédésük lehetőségeit. Tudja, hogy a mutagén hatás és a rákkeltő (kaicinogén) hatás gyakran já r együtt.

© Tudja, hogy a Down-szindróm a a kromoszóm ák számbeli rendellenessége. Ismertesse kialakulásának kockázati tényezőit.

EMKI.T SZINTŰ követelm ény:

o A kodon.szótár segítségével vezesse le különböző típusú pontmutációk következményeit az aminosavsorrendben.

O Ism ertesse a sarlósejtes vérszegénység és az albinizm us genetikai hátterét, hatásait.

© Ism ertesse a fenilketonúria öröklésm enetét, hatását, kezelésének m ódját (diéta).

O H asonlítsa össze a gén-, a kromos.zóma- és a genom m utációkat (ploidiák) egym ással. Tudja, hogy a krom oszóm am utációk lehetnek szerkezetiek és szám beliek, hozzon ezekre példákat.

O A m u tá c ió n a k és az iva ros szapo rodásnak m in t a g ene tika i vá ltozékonyság fo rrá s á n a k összehason lítása

Az ivaros szaporodásban megjelenő genetika i változékonyság alakulása, a rekom bináción (lásd. 28. tém a) alapszik. Láttuk, hogy a rekom bináció során akár a kjom oszóm ák véletlen szétválása következtében, akár a gén- (nUél-) kicserélődés következtében növekedhet a genetikai változékonyság. Ez a változékonyságnövekedés mindkét esetben egyedi szinten következik be, hiszen új génváltozat nem jelenik meg a folyamatok során, csupán a meglévők kom binálódnak új variációkban. Azaz, a populáció szintjén nem nőtt a változékonyság, nem nőtt a populáció alkalm azkodóképessége. (I46.i.áhra)

O A m u tá c ió

A m u tác ió hirtelen, újonnan m egjelenő öröklődő genetikai változás. M ásképpen: a genetikai anyag miuadandó megváltozása. Az elnevezés Hugó de V/vV.v-től (ügó dö vri] szái mazik, a szá- zadfordulón ő alkalmazta először a jelenség elnevezésére. A mutáció szűkebben értelmezve génen fyeliili változást ]e\Qx\Xy tágabb értelem ben azonban ide soroljuk a krom oszóm ák szintjén bekövetkezett m egváltozásokat is. Nem számít mutációnak azonban sem a genetikai hasadás.

A MUTÁCIÓ 1 5 1

sem a rekom bináció, am elyek során egyedi szinten ugyan új tulajdonságok jelenhetnek meg, ez azonban csupán a m ár m eglévő genetikai anyag átcsoportosulása következtében lép fel.

M utációk a természetben (íUaiuhkin keletkeznek. Ezek egy része súlyos áitalm akat, esetleg halált okoz. Ilyen lehet például valam ely szerv toi-z fejlődése. M ás részük az adott környezeti feltételek között közömbös, ilyen például az emberi hajszín egy új génx'áltozatának m egjelenése. Term észetesen hasznos is lehet a populáció szám ára, például a hidegtűrés megjelenése egy addig csak szűk tűrőképességű m elegkedvelő populációban növeli a populáció alkalmazkodóképességét.

O G énvá ltoza tok az e m beri népességben

A z em ber esetében a testi tulajdonságok hibátlan öröklődése sokszor kevésbé kerül előtérbe, m int a betegségek öröklődésének kérdése. A z emberek legfeljebb olyan jellegzetes testi tulajdonságok öröklődésének kérdései iránt érdeklődnek, mint a szem- vagy a hajszín (isi.i.áhra). A Valóságban ezek a látszólag egyszerű testi tulajdonságok is igen bonyolult módon öröklődnek. A barna szemszín ugyan dom ináns a kék színnel szemben, de kialakulása (m int sok más emberi tulajdonság m egjelenése) m eglehetősen összetett. Ezt a je lleget ugyani,sa mennyiségi jellegekhez hasonlóan, nem csak egy gén alléljei határozzák meg.✓így alakulhat ki az emberi szemszínnek olyan sok különböző árnyalata.

A testi jellegek közül az em beri vércsoportok öröklődése fontos. Például az apasági perekben a vércsoport-öröklődés szabályszerűségeit is figyelembe veszik a szakvélemény elkészítésekor.

Az /4Ö0-vércsoportrendszerben egy gén három változatával a M endel-szabályoknak megfelelően öröklődik (151.2., i52.i.ái)ra). A három alléi az i4, a és a 0. Közülük mindig kettő szám ára van hely a hom ológ krom oszóm apár két génhelyén. E kettő viszonya határozza meg a vércsoportot. A hom ozigótákban ugyanabból a z alléiból kettő fordul elő, az vércsoportú em berben viszont az A- és a fí-allél egyarán t m egvan. Ez a két alléi egym ástól függetlenül együtt érvényesül. Az A - é s a B- alléi viszont a 0-alléllel szemben dom ináns, így a Ö-vércsopoi1ú em ber genotípusa mindighom ozigóta 00. 151.2./\//0-vcicsopoiiicndszcr

151.1. Néhány doinináns>recesszív módon öröklődd emberi jelleg: hajszín (/\), fülfonna (/í. (.’)

Fenotípus Genotípus

AA vagy >10

B BB vagy BO

AB AB

0 00


VÉRCSOPORTOK

/4-vércsoport fi-vércsoport >lfi*véíCS0p0rt 0 -vércsoport

GENOTÍPUSOK AA vagy AO BB vagy 80 AB 00

® ®

UTÓDOKLEHETSÉGESGENOTÍPUSA

\

®

®AB

BO

® \AO

00 ®

®AA

AO

® \AB ®60 ®

®AO

AO

®BO

BO

152.1. A z /\ü ? 0 -v é rc s o |)o iire n d s z e r ö rö k lő d é se

O A m utagének

M u tag én iiek nevezünk minden olyan Juiíásf és anyaf;oí, am ely egy se jtb en m u tác ió t e re d m ényezhet. A mutagének hatásáia bekövetkező mutációk az indukált mutációk. A mutagének m ás-m ás csoportokba sorolhatók. A fiz ik a i m u tag én ek különböző ionizáló sugchfajták, ilyen a röntgen-, a neutron- és a gammasugái'zás. A nem ionizáló hatású sugarak közül az ultraibolya íiugái'zás is mutációs hatású. Ezek a sugarak a DNS-molekula egyes kötéseinek felszakadását idézik elő. am ely a kromoszóma eltöréséhez és ki om oszóm am utációhoz vezethet. Az is lehet, hogy nem közvetlenül a sugárzás, hanem a sugárzás hatására ionizálódó kémiai gyökök eredm ényeznek a kromoszóm a finom szerkezetében változást, és pontm utáció következik be.

A mutagének másik nagy csoportját a kém iai anyagok képezik. Ma mái’ több száz anyagról bizonyítottan tudjuk, hogy mutációs hatású. Valószínűnek látszik, hogy minden olyan m érgező anyag, amely nem bomlik le a sejtben, és kapcsolatba kemlhet a sejtmaggal, mutációs hatású.

A vegyi m utagének közül különösen veszélyesek az úgynevezett a ik ile ző anyagok. Ezek a D N S-m olekulába különböző szénatom szám ú alkilgyököket léptetnek be, megváltoztatva ezzel a molekula szerkezetét. Veszélyes mutagének a fenolszárm azékok, a bázikus festékek, a különböző perm etezőszerek stb. M utagén hatású szám os alkaloid is.

A m u tác ió k következm ényei szám os esetben rák o s se jtek lehetnek. Ezért a mutagének többnyire rákkeltő (karcinogén) hatásúak is.

ÜÜ ffi XH iíS M

13 14 ISX X X X

19 20

10 II 12

?Ü( K K HU16 17 18

2i 22

152.2. Down-szindiómás gyennek és a szindróiTiiít okozó hibás kroinoszómaszeielvény rajza

A MUTÁCIÓ 1 5 3

6 - A D ow n-kó r

A D ow n-kór, m elyet m ongoloid U iiotivnusnak is neveztek, egy veleszületett kóros állapot. 5 /vym* szellem i vis.szamaradottsáf’ga l já r. (A betegség elnevezése az egyik jellem ző tünetre, a mongolvágású szemre utal.) A beteg alapanyagcseréje csökkentett mértékű, ugyanakkor elhízott, a belső elválasztású mirigyek rendellenes működése következtében. A szája általában nyitva van, a fogsora görbe és szabálytalan, a nyelve sokszor nem fér a szájába. A fülcimpái aprók, lenóttek, a nyaka rövid, széles. Lábai vaskosak. A rendellenesség oka a 21. krom oszóma triszóm iája (kettő helyett három van). Előfordulási gyakorisága a 40 év felett szülő nők gyerm ekeinek esetében ugrásszem en m egnő. A rendellenesség magzatvízből végzett vizsgálattal a terhesség kezdeti stádium ában, m á ra 16. héten m egállapítható. <152.2. ábra)

O A pontmutáció következményeiA porutmtuk'ió esetéhen a DNS bioszintézise során a nukleotidok beépülése közben felesleges monomerek épülhetnek be. Ezekkel szemben- helyesnek vélve jelenlétüket - a javító enzimek beépíthetik a komplementer párokat. Előfordul* hat, hogy javításkor a mlnta-DNS „felesleges” nukleotidjait vágja ki, ha nem épül be mindegyik bázissal szembe nukleotid. Mindkét öröklődő változiiís (az első esetben több. a inásodikban kevesebb bilzispái alkotja a gcnt) megváltoztuthutju a fehéije aminosavsoi rendjel. (153.1. ábnií

O A sarlósejtes vérszegénységA sarlíSscJtcs vcrs/cgcnységct egy miiutns, recessz/v alléi okozza, ainely a hemoglobinmolekula szeilcezeíéí \'áltoztatja meg. Működésképtelenné teszi ii vörösvérsejteket, ami vérszegétrységel okoz. A hibás vörösvérsejtek megnyúltak, sarló alakútik. A betegek véiszegénysége olyan súlyos, hogy iiz esetek túlnyomó többségében már gyer- mekkoiaikban meghalnak. A heterozigótíik vörös- vérsejtjei ugyan normális alakúak és működésűek, de oxigénhiiínyos környezetben s<uló alakúvá válnak, így a heterozigóta állapot könnyen kimutatható. Bennük a normális alléi hibátlan hemo- globintnolekulát, a hibás pedig működésképtelen fehéijct hoz létre. A két fehérje között egyetlen aminosavhan van eltérés. A siirlósejtes véi'sze- génységben szenvedő emberek már az ivaiérett- ség elérése előtt meghalnak. Ez a homozigóta a sarlósejtes emberek elleni teljes szelekciót jelenti. Elvileg sok száz nemzedék után a hibás

l>aBSSoaend

treiMMzKSorren]

tttMabVissorrend

tttOtaMíissontAd

153.1. Egy pontmutáció viízlata

1.

Az mRNS bázishármasa 2.

u C A G3.

fenil-alanín szeri n tirozin cisztein Ufenil-alanin szerin tirozin cisztein C

leucin széf in STOP STOP Aleucin szerin STOP tríptofán Gleucin prolin hisztidin arginin Uleucin prolin hisztidin arginin Cleucin prolin glutamin arginin Aleucin proün glutamin arginin G

izoteucin treonin aszparagin szerin Uízoteucin treonin aszparagin szerin Cizoteucin treonin lizin arginin A

metionin''' treonin lizin arginin Gvalín alanin aszparaginsav glicin Uvalin alanin aszparaginsav glicin Cvalin alanin glutaminsav glicin Avalín alanin glutaminsav glicin G

153.2. A biológiai kodonszótár (*: lánckezdő is)


alléi teljes kiküszöbölődcscnck kellene bekövetkeznie. Ezzel szemben a betegség mocsams területeken Afrikábiín. a Közel-Keleten. Szicíliában és Görögorsziígban viszonylag nagy gyakorisággal fordul elő. Az előbbi területeken csak úgy maritdhatott meg ennek a betegségnek a fel tűnőén nagy gyakorisága, ha a heterozigóták valamilyen okból szaporodási fölénybe keililtek a domináns homozigótákkal szemben (a reccsszív homozigóta a teljes szelekció miatt nem ad utódot a populációba). Kimutattiík. hogy a siulósejtes vei'sze- génység magas előfordulási gyakorisága olyan területeken következik be, ahol a malária is gyakori. Kiderült, hogy a sarlósejtes vörösvérsejtűek (154.1. ábra) védettek a maláriával szemben. Azok az emberek, akik egyáltalán nem hordozzi'ik a hibás, sarlóscjtcsseget okozó alléit, viszonylag nagy sziímban halnak meg maláriában. A heterozigóta emberek viszont a hibátliui és a hiUis szerkezetű alléit egyaránt hoidozziík. ennek következtében ugyanúgy védettek a maláriával szemben, mint a s<trlósejtes betegek. Sarlósejtes vérszegények pedig azért nem lesznek, meit másik alléljük hibátlan. így a malária sújtotta vidékeken a heterozigóta emberek neinzedékről nemzedékre szaporodási előnybe keiülnek, az utódok többsége tőlük származik. Utódaik között ctzonban 25%-os valószínűséggel sarlósejtes vérszegények is szüleinek. Ennek a következménye <iz, hogy a mah'uia sújtotta vidékeken ez a beteg.ség viszonylag magas gyakorisággal fennmarad.

Az albinizmus

154.1. A sarlósejtes vörösvéiscjt

Az albíní/niiis recesszív módon öröklődő emberi betegség. Egyetlen allélpár okozza. Kialakulásainak oka az, hogy enzimhiány miatt nem képződnek pigmentek a szervezetben, ezért a bőr. a haj. a sziviíj-ványhájlya festékanyag nélkül! (154.2. ábra). Az emberi populációban átlagosan 20 000 ember között egy albínó akad. 154.2. Egy albínó ember szeme

O A fenllketonúrlaA rcnílkctonúria is recesszíven öröklődő emberi megbetegedés. Súlyos szellemi fogyatékosságot okozó anyagcserezaviu'. Az ilyen betegek enzimhiiiny miatt nem képesek a fenil-alanin nevű aminosiiv nomiáüs anyagcseréjére. Mérgező végtermékek halmozódnak fel vérükben, amelyek súlyos agyi kiüosodiíst okozniik. Csak szigorú diétával, fenil-alanin-hiányos táplálkoz<issul lehet védekezni a hatása ellen.

O A pontmutációA |>oiitniu(ádó vagy gcninutáció egy génen belül bekövetkező megváltozás, a gén fnízishániuisainak sorrendje kisebb vagy nagyobb mértékben megváltozik. Alapvetően két oka lehet: vagy a DNS-s2U»l duplikációja során következik be valamilyen hiba (amelyet az egyébként mindig működő reparációs enzimek nem javítanak ki), vagy az átkereszteződések során következhetnek be szintén ,Javítatlanul maradt'’ hibák. (155.1.ábm)

A MUTÁCIÓ 1 5 5

A pontmutúcíót eiedményező szerkezeti változások vissz<iYezethetóek egy nukleotídpár véletlen kicserólődésére, egy nukleotídpár véletlen, kiesésére a nukleotidok sorából, de be Is épülhet egy vagy néhány biízispár az eredeti polinukleotid-láncba. Az is lehet, hogy a génben meglévő nukleotidok átrendeződnek.

A génmutációk egy része moifológiai változással jár. ebben az esetben a mutáció hatása azonnal látható. Más esetekben bizonyos enziinek működésében iill be zav<tr, és egy vagy több biokémiai reakció egyáltalán nem megy végbe, vagy nem úgy megy végbe, ahogyan kellene.

A kromoszómamutáció és típusaiA kroinos/óinainutációk általában fénymikroszkópban is jól láthatók. Olyan kromoszóma-meg- változiísok, amelyeknek mutációs hatása van. A jelenség alapja a sejtosztódás során valamilyen oknál fogva bekövetkező kromoszómatörés, inajd újraegyesülés. Ennek több fonnája lehetséges (155.2. ábra).

A kiesés olyan kromoszómamutáció, amely során a kroinoszóma egyik diirabja letörik és elvész. Ez lehet végdarab, lehet akár az egyik teljes kar, de bekövetkezhet egy középső darab kiesése is. A kiesést a meiózis képe alapján könnyű felismerni. A kiesésnek megfelelő homológbeli kromoszómaszakasz ugyanis nem vehet részt a p<üok egymás mellé kerülésében, ezért huikolódik.

A kcttőződés esetén egyes kromoszómaszakaszok kétszeresen, néha többszörösen fordulnak elő ugyanabban a kromoszómában. A mikroszkópi képben a kromoszóma meghosszabodilsij látható. Egyes esetekben egy kromoszómán belül több kromoszómaszakasz is inegduplázódhat.

Az áthelyeződés során egy kromoszóinaszakasz áthelyeződik. Ilyenkor a letört kromoszómadarab idegen kromoszómához kapcsolódik és ahhoz stabilan rögzül. A mikroszkópi képben a kromoszómák méretbeli különbsége lesz szembetűnő. (Egy jóval hossziibb és egy sokkal rövidebb lesz látható).

ECYSKWTÁNMUTÁCIÚ H

DNS

citozín

ECYMOUKALTUUTAQO

H

<m' Y "0

a citozín izomerbe(tautomtfü)

UTAQO H

DNS0

Cítozifl

M t

r r r ”N N0

átaiakuH citozín

A MUTÁCIÓ KOVETKEMNYI

rcíT^

me^cettőzódéserwJeti \

báTissorrend \

— f — mutál tbázíssorrefid

eredeti bázissorrend

eredetibázissorrend

«SÉS{oaÉciO) ^ kron»oszúo>a

— ► e e E D D

K m úZÖ O ÍS (DUPUKÁOO)

M D t X l l O M n Z D ae e m j o r o

tMEGrCftOUlASONVEftZK))

ATKiyEZŰOES (TRANSOOKACIO}

(egyirányú)• C E B E H D __ ^ M U U U !e a z D D z i ™ ^ M m x D

(reciprok)• c m n o __ ^ M m x o• o n x i x D

155.1. A pontmutációk 155.2. A kromoszómainulációk


A kioinoszómadarab nu'grordiilásáról akkor beszélünk, ha a letört kroinatídarész 180°*os forduLiitot tesz, és ilyen helyzetben épül vissza a saját helyére.

Tágabban éilelmezve, kiomoszómamxitációknak tekinthetők a fajra jellemző kromoszómasziím megváltozijsával járó folyamatok is.

A ploidíákAneu|)loí(líán>! akkor beszélünk, ha a sejt egy vagy néhány kromoszómájából a kelleténél több van. Rendszerint a meiózis rendellenes végbemcnetclére vezethető vissza. Ilyenkor az egyik ivarsejtbe az adott kromoszómából nem kerül, a másikban viszont kettő lesz. Az aneuploidia legismertebb esetei a monoszóftiia, a iríszónmi és a tetraszómia.

A nionos/ómiás diploid sejtben az egyik kromoszómából csak egy van a normális kettő helyett. Ez az oka az einbemél a Tumer-sziiutróma kialakulásitnak. A tünetegyüttesi mutatók minden sejtjéből hiányzik egy szexkromoszóma, ivari genotípusuk XO. A betegek alacsony tennetű nők, akiknek pete* fészkeik nem fejlődtek ki.

A frís//)niiá.s sejtekben vahunelyik kromoszóma nem diploid. hanem három van belőle. Az ember 21. kromoszómitjának triszómiája az oka a Down-kór néven ismert tünetegyültes egyik típusának is. Az ivari kromoszómák triszómiiya nőkben az XXX, férfiakban az XXY vagy <a. XYY kromoszómaképpel írható le.

Az XXX ivari kromosxóiiias/iíin (a tripla X-szindróma) előfordulási gyakorisága nőkben mintegy I ezreléknyi, amely magasnak mondható. Az alacsony szellemi szintű, menstruációs és az emlőik fejlődési zavaraival küzdő betegek nem meddők.

Az XXY kromoszóma-rendellenesség a KIhwfeller-szinJrómávat jár. A rendellenes kromoszómaszámú férfiak az átlagosnál magasabbak, nőies külleműek, arcszőrzetük csekély, emlőik fejlettebbek ííz átlagos féifiakén<íl. Heréik csökevényesek. és féifi ivari honnontennelésük is alacsony. Ugyanakkor szellemi képességeik gyakran kiemelkedőek. Előfordulási arányuk kb. 2 ezrelék.

Az XVV ivari kros/os/óiiiájú férfiak ugyancsak magas növésűek, nemi szerveik kevéssé fejlettek, de szaporodóképesek. Jellemző kísérő tünet a szellemi vissz tmaradottság és a társadalmi deviancia. Születési gyakoriságuk mintegy fél ezielék, a börtönök féifibűnözői között azonban az 5 ezreléket is eléri a sz<imuk.

A poliploidia <156.1. Hbra) fajra jelleinző diploid kmmoszómasziím egész sz<ímú többszöröződése egy sejtben. Rendszerint a kromoszómaszerelvény replikációjával, majd a sejtosztódás elmaradásával jön létre. Ismerünk triploid. tetra- ploid, hexaploid mutiínsokat is. Két típusa ismert, az autopoliploida és az allapoliploidia. Az auto- políploid sejt ugyanazt az alap kromoszóma- szerelvényt tartalinazza több sorozatban. Az alla- |K>lipLoid sejt sejtmagja két vagy több különböző genomot tiutalinaz. A poliploidia elsődleges tünete a sejt méretének megnagyobbodá.sa. A belőle fejlődő poliploid növényi szervezet vegetatív szeiA'ei is nagyobbak lesznek, de fejlődésük a di- ploidokéhoz képest lassúbb.

A poliploidiának nagy jelentősége van a növények evolúciójában, az új fajok és az új nemzetségek létrejöttében. 156.1.2//(balra) és S/> kroinoszómiLsz;ünú gyümölcsök

A GÉNMÚKO OÉS SZABÁLYOZÁSA 1 5 7

3 0 . A génműködés szabályozása


O Indokolja meg, hogy különböző felépítésű és működésű testi sejtjeink miért hordoznak azonos genetikai információt.

© M agyarázza el, hogy miért nem m indig aktív minden gén.

o É ltelm ezze, hogy a gének m egnyilvánulásait a hormonális állapot is befolyásolja.

KMKl.T S/JN TÜ követelm ény:

O Ismerje fel ábra alapján a laktóz-operon részeit, éltelmezze szerepüket. Tudja, hogy az eu- kiii ióia sejt génműködésének a szabályozásában erősítő és kioltó faktorok vesznek részt.

O Az ö rök ítőanyag je le n lé te m inden se jtben

M inden soksejtű szervezet egyetlen sejtből, a meg!ennékei\yitetí petesejtből indul fejlődésnek. (E z igaz a vegetatív szaporodással vagy szaporítással létrejövő új egyedekre is, hiszen az őseik valam elyik nem zedéke biztosan zi- góta állapotból indult fejlődésnek.) A zigó ta két ivarsejt egyesüléséből jön létre, és mind a h ím iv a rse jt. mind pedig a petesejt a teljes haploid (/í) kromo.szómaszerelvényt ta rta lm azza. A zigóta tehát rendelkezik m inden olyan genetikai információval, amely alapján belőle kocsányos tölgy, házi veréb vagy éppen em ber fejlődik. A zigóta a továbbiakban mitó- c/.9.w/barázdálódik. Ennek során I n kiom o- szóm aszám ú sejtből két, újra csak 2n krom oszóm aszám ú sejt keletkezik, majd 4 ,8 , 16 db hason ló krom oszóm aszám ú sejt. A lényeg az, hogy valamennyi további testi sejt is mi- tózissal keletkezik, tehát valamennyi testi sejt rendelkezik a zigóta 2n állományú teljes örö- kítőanyagával, hiszen minden utódsejtbe azok genetikai inform ációtartalm ának m ásolatai kerülnek. (i57.i.ái>ra>

in<Md é s operátor kapcsolódása réQiO

startkodon .helye

Toexont exonj

introntpre-mRNS

O n

m R N S a

157.1. Egy eukariótii gén átirVisii

Kólibaktéríum

Emberi sejt

DNS

4.7 • 106 bázispár

2.9-109 b á z is á r (m 600-szoros

növekedés, de csak 2% -a határoz

meg fehérjét)

Fehérje

«3000

•• 3 0 - 4 0 ezer ( ■ 10 - 13 - s z o r o s

növekedés)

157.2. A kólibaktéiiumésitzetnbei i sejtösszehiisonlil<lsü

O A génkész le t és a gének a k tiv itá sa

A sejtek meghatározott, fajra jellem ző genetikai állom ánnyal <i57.2.áhni>, örökítőanyaggal rendelkeznek. Ez a teljes génkészlet például az em ber esetében mintegy 1 m illió génre becsült.


:<f áveiuivmagasság-novekedfts

kaóett ameieííAíégttjok ^ wteftfivnövekedése

“o

*521 liüÍMkeíöete

\<S rtjenövekKlése

azelsómen$truM:i6vetsdmaQörries

7 8 9 10 t i 12 13 14 IS 16 17 18It0í(í»)

158.1. A serdülőkoi jellegzetes váÍtozás<ú 158.2. A nők és a férfiak nemi jellegeinek fejlődése

A gének túlnyom ó többsége azonban soha nem aktivizóUníik az em ber élete folyamán, örökre néma. ősi. úgynevezett atavisztikus gén. A kutatások szerint az em bernek mintegy 40 000 génje aktív csak az élete folyamán, a génkészletnek tehát csak alig 4% -a működik.

O A gének a k tiv itá sa és a h o rm o n á lis á lla p o t

A gének ak tiv itása külső és belső tényezőktől egyanínt függ. Egyes gériek működni kezdenek meghatmozott külső köiülmények között. Például a külső hőmérséklet em elkedése indítja meg a téli álom megszűnését a pelefajoknál. Az ébredés anyagcsere-folyam atok beindulásának eredm énye (m egkezdődik a felhalm ozott barna zsírszövet oxidációja). A folyamatok enzim jeinek aktivitását a környezet hőm érsékletének növekedése indítja meg.

A belső tényezők közül a h o rm o n á lis á llapo t hatása Jól m egfigyelhető például az em lősállatoknál (és az em bernél) az ivarérettség bekövetkezésekor. Ilyenkor számos, addig nem m űködő gén válik aktívvá, ennek szemmel is látható következményei is vannak, például a testszőrzet növekedésének m egindulása a féiHaknál. (i5«.i-2.ábrH)

O A laktóz operon

A sejtekben a különböző gének műkiklése összerendezett, szabályozott folyamat. Hogy éppen mikor melyik gén vagy géncsoport működik, az egyrészt kódolt, a sejt genetikai programjától függ, másrészt a sejt pillanatnyi állapota és szükségletei szabj«ík meg. Ezéil külső körülmények is befolyásolják az öröklött program érvényesülését. A génműködések vizsgálatát eddig többnyire estik a sokkal egyszembb belső felépítésű prokariótákban végezték, ezek pedig csak részben alkalmazhatóak az euka- rióta sejtek vizsgálatánál.

A génműködések szabályoziísával kapcsolatban Jacoh [zsiíkob] és Monod [mono] francia kutatók dolgozták ki elsőként az úgynevezett opcronniodellt (!59.l.»hr»).

Hu közönséges bélbaktériumot szőlőcukrot (és egyéb szükséges anyagokat) tailalmitzó táptalajon tenyésztettek, gyoi'san szijporodott. Ha az ilyen tenyészetből keveset tejcukrot taitalmazó táptalajra oltottiik át. szaporodásuk leállt, ám egy adott idő elteltével újra megindult, és felgyorsult.

A GÉNMÚKO 0É$ SZABÁLYOZÁSA 1 5 9

Logikus volt it következtetéh, a baktéiiuinok csak akkor tudnak kellő ütemben szaporodni, ha szőlő* cukrot tartalmazó táptalajon neveljük őket. Ha ugyanis laktóz talajú táptalajra kerülnek, nem rendelkeznek a laktóz hasznosítás<thoz szükséges enzimekkel, ezért szaporodásuk megáll. Szítporodásuk új- naindulá.sa, majd az eredeti üteművé való visszaállása azt bizonyítja, hogy genetikusán rendelkeznek a laktözlebontás enzimjeinek anyagával, de mivel eddig nem volt rájuk szük.ség, azok nem álltak működésre készen a sejtben. A termelésükhöz, majd aktiviz<Uásukhoz azonban idő kell. Ennek elteltével a működésnek induló enzimek már kellő tápanyagot biztosítottak a sz^iporodáshoz.Az opcronmodell szabályozó enzimrendszerének egysége az opcron. Egy operon többféle funkciójú gént tuilalmaz.

A struktúrgénck az enzimfehérjék szintézisééil felelősek, rendszerint több van belőlük és egymás ul<ín találhatók a DNS-láncban. Az mRNS-képzés megindulásiíhoz az szükséges, hogy az előttük lévő DNS-szakaszon, a proinolcr régión meg tudjon kötni az mRN.S. Ez azonban csak akkor követ- kczhci be. ha a promolcr régió és a stixiktúrgcnek között lévő o|H.‘rátor regióhoz kapcsolódó, azt blokkoló rcprcsszor íehcrjc már nincs a molekulán. A represszort reftuláttír gén vagy gének termelik. Ez necn kapcsolódik közvetlenül az operonhoz, másik kromoszómán is lehet, gyakran egy másik operon stnjktúrgénje, amelynek fehérjéje képes bekötésével térbelileg megakadályozni az mRNS szintézisének megindulását azáltal, hogy az mRNS polimeráz enzim nem tud végighaladni a struktúrgé- nek mellett.

A represszor eltávolítá.sát legtöbbször a folyamat szubsztrátja végzi. Jacob és Monod kí.sérletében maga a táptalajban lévő laktóz kapcsolódott a represszorhoz. szabaddá téve ezzel az utat az mRNS- szintézis sziímáia. A szabályoziísi mechanizmus neve ezért s/ubszlrátindukáció.A génműködés szabályozásában a végtennék represszióját is tapasztalták már. Ugyancsak Jacob és M<»uhI figyelték meg, ha a bélbiűctériumok táptalajához különösen sok hisztidint adtak, a hisztidint szintetizáló enzimek működése teljesen leállt. A szabályozás elve a ncgalív viss/acsalolás.Egy sejtben egyszene több száz operon is működhet. Ezek nem teljesen függetlenek egymástól, szubsztrátjaik vagy végtennékeik befolyással vannak a folyamatok menetére. Az eukitfióta sejtek enzimszabályozási folyamatai ezért rendkívül összetettek.

Tejcukor liányíban•k trans^knpcios egység az RNS-poi«nera2zaiRNS-

/ polimeráz (

b' / ____/ I

regulátorgén indító régió opefátor régió struktúrgér>ek

Tejcukor jelenlétében ^le jcu kof

^ RNS- ' ^ 0( \ polimeráz f ^

gátfófehérje

/ * — *■ a gének átíródnak, fehérjék képződnek/ / / / A / / / / / /regulátor gén indító régió operátor régió striMúrgének

159.1. A tejcukoi' operon


3 1 . A jó- és a rosszindulatú daganatok

KÖZÉI»SZINTT1 követelm ény:

O Ism ertesse a jó - és a rosszindulatú daganat, az áttétel fogalmát.

© Soroljon fel daganattípusra utaló je leket (bőr-, em lő-, here-, prosztata-, m éhnyakrák), azok korai felism erésének jelentőségét.

O A jó- és a rosszindulatú daganatokA szervezetben az osztódási folyamatok az immunrendszer kontrollja alatt állnak. Ennek ellenére létrejöhetnek jó - és ro ssz in d u la tú d a g an a to k , utóbbiakat nevezik íum om ak.

A jó in d u la tú d ag a n a to k köm lhatároltak, esetenként maguktól elm úlnak, vagy ha meg- m aiadnak, nincsenek káios hatással a szervezetre. A ro ssz in d u la tú d a g a n a to s elváltozásokat nevezi a köznyelv ráknak. Kevésbé körülhatárolható, és viszonylag gyakran fordulnak elő á tté te k (metasztázis), ami azt jelenti, hogy a vérárammal a szervezetben szétjutott beteg sejtek m ásutt jelennek m eg és képeznek kisebb, néha alig néhány sejtből álló burjánzásokat. A tum orsejtek megmaradásának okaként feltételezték, hogy a tumorsejtek gyorsabban osztódnak, mint az im m unrendszer sejtjei. Bebizonyosodott azonban, hogy ez pontosan fordítva van. Azt is a tum orsejtek megm aradásának okaként feltételezték, hogy elsődlegesen olyan helyen képződnek, ahol c.sak .szórványosan vannak jelen immunsejtek. Ez sem bizonyult helyesnek, hiszen az em berben ilyen hely az agy és a szem bizonyos részei, ahol ritkábban alakulnak ki tum orok, mint más. im m unsejtekben g«»zdagabb területeken. M agyarázat lehet a tum orsejtek m egm aradásáia a m utáció , am ely a sejtek felületét úgy változtatja m eg, hogy az immunrendszer töhbé nem ism eri f e l őket. A sorozatos m utációk lehetővé tehetik azt. hogy a tum or kivonja m agát az im m unrendszer hatása alól.

Ú jabban feltételezik, hogy a genetikai anyagba beépült vagy a m éhen belül valamilyen módon átadott és az új.szülöttben je len lévő v íru s im m untoleranciát válthat ki. és ezzel m egszűnik egy később kifejlődő tum or im m unológiai úton való leküzdésének lehetősége.

Van azonban néhány olyan adat is, am ely az im m un- re n d sz e r révén megvalósuló tu m o rv ed e lem létezését látszik igazolni. Az első ilyen bizonyítékot a többnyire gyerm ekkori rosszindulatú vérm egbetegedések egyre növekvő gyógyulási lehetősége jelenti. A terápiának köszönhetően az érintett gyerekek több m int fele megmenthető. A k em o te ráp ia és a b esu g árzás ellenére ilyenkor nyilvánvalóan fennm aradnak rosszindulatú sejtek. Ha ezek szám a kicsi, és az immunrendszeE' gyorsan regenerálódik.. a betegnek van esélye a túlélésre. Azt is m egfigyelték. hogy ha egy tum or töm egét sebészeti beavatkozással jelentősen csökkentik, és csupán egyes szétszórt sejtjei maradnak a szervezetben, akkor ezek a sejtek nyugalmi állapotban megmaradnak a szövetekben, majd ké- 160.1. Bőmik (i*\) és ajakrák {B)

A JÓ- ÉS A ROSSZINDULATÚ DAGANATOK 1 6 1

sobb újra robbanásszerűen elszaporodnak. Ebből az következhet, hogy a szervezetben rendszeresen je len vannak tum orsejtek, am elyeket az éber védelem elpusztít vagy legalábbis kontroll alatt tai1. Ha viszont az immunrendszer valamilyen oknál fogva nem elég éber, akkor kialakul a rákbetegség.

161.1. Rákos sejtbuijiínzús az emlőben (röntgenfelvétel)

O A bőr-, az emlő-, a here-, a prosztata- és a méhnyakrák felismeréseA b o r rá k általában anyajegyekből indul ki. Az anyajc- gyek inelanintaitalm ú sejtek felszaporodása a bőr egyes pontjain. Tiálnyomó többségük semm iféle káros hatással nem jái', azonban ha a mérete, színe, idakja változni kezd. esetleg m egpirosodik a bőr körülötte, orvoshoz kell fordulni, itieit a a sejtek elrákosodhatnak. Különösen akkor kell ezzel szám olni, ha az anyajegy álU ndó irritáciönak (dörzsölés stb.) van kitéve. (iMi.i.ábra)

Az e m lő rá k az egyik legveszélyesebb női betegség.Szűrővizsgáfattaí azonban időben észlelhető. Az em lő vizsgálatára speciális röntgenkészülékek (pl. mammo- gráfia) ( 16 1 . 1 . Hi>m) állnak rendelkezésre. Az em lőrákra az em lőben kialakuló csomók hívhatják fel a figyelmet.

A h e r e r á k a férfiakban általában 20 és 40 életév között alakul ki. A hetén tap inthatók a rosszindulatii elváltozások csom ó(k) formájában.

A p ro sz ta ta rá k inkább az idő.sebb férfiak betegsége,60 éves kor felett alakul ki, általában nehéz, akadozó vizeletürítéssel Jár, mert a m egnövekedő prosztata elzáija a hiígycső útját. Nem szabad összetéveszteni a prosztata szöveteinek jóindulatú burjánzásával, am ely az idősödő féifiak többségét éiinti és ugyancsak gátolja a vizeletün'tést.

A n ié h n y a k rá k a leggyakoribb rákos m egbetegedés a nők körében. Kialakulásának kockázatát fokozza a hu- m ánpapillom a-vírus (HPV) (I6I.2.ábra) fertőzés. A feitő- zés eg y ik forrása lehet a gyakori pattnervá ltoga lás, a meggondolatlan alkalmi kapcsolatok. Ezenkívül a többszöri szülés is növeli a kockázatot, m eit a méhnyak berepedezik, és szövetburjánzások indulhatnak meg. A rendszeres nőgyógyászati vizsgálattal idejében felismerhető.A HPV ellen védőoltás áll rendelkezé.sre, melyet a fertőződés elkerülése érdekében a szexuális élet megkezdése előtt kell beadni.

161.2. A humán papillomuvíi-us elektron* mikroszkópos kepe

A korai felismerések jelentőségeA rendszeres orvosi ellenőrzéssel valam ennyi rosszindulatú szövetbutjánzás idejében felism erhető. M a már a legtöbbje kem oterápiával és (vagy) tnűtéti úton gyógyítható.


3 2 . A minőségi jellegek öröklődése


O Ism ertesse az öröklésm enetek alaptípusait (dom ináns-recesszív, interm edier, kodomi- náns).

o Ism ertesse a tesztelő keresztezésekből levonható következtetéseket.

© Soroljon fel em ber esetében dom inánsan, illetve recesszíven öröklődő jellegeket.

O Tudja levezetni a dom inanciaviszonyok ism eretében egy egygénes enzim betegség, az Rh- és/ifíO -vércsoportok öröklődését. (Lá.sd 151-152. old.)

© Ism értéssé a hum ángénétika sajátös m ódszeréit (Családfaelémzés).

© Ismertesse a génkapcsoltság tényét, magyarázatát. Ismertesse a génkölcsönhatás fogalm át, és azt, hogy a legtöbb tulajdonság csak ezzel magyarázható.

EMKI.T S/JN TÚ követelm ény:

O Éltelm ezze M endel kutatási m ódszerét, hozza összefüggésbe a valószínűség és a gyakoriság fogalmával.

© Adja meg Mendel következtetéseinek érvényességi határait, ennek okait (kapcsoltság, sejtmagon kívüli öröklődés). M agyarázza el, miért alkalmas alanya az ecetmuslica a genetikai vizsgálatoknak.

O Tudjon kérgén 2-2 alléi, illetve egy gén 3-3 alléljával és letális aléllal kapcsolatos szám ításokat végezni.

© Legyen képes családfa alapján következtetni egy je lleg öröklésm enetére.

O Tudjon következtetni két gén kölcsönhatásának jellegére a m ásodik utódnemzedék arányaiból. Közölt adatok ism eretében következtessen két gén kétallélos öröklé.sében a kapcsoltság és a rekom bináció tényére.

O Az domináns-recesszív öröklődésmenetHa .sárga (i4) és zöld (a) magvú borsót keresztezünk úgy, hogy a szülők homozigóták, az alábbi eredm ényeket kapjuk:

P: AA (sárfio) x aa (zöM)'^F y A a (sárga) x Aa (sárga);

F 2 '. AA (sárga), A a (sárga), A a (sárga), aa (zöUi)^

A z F ,‘ nem zedékben valamennyi utód sárga lesz. Az sárga m agvú utódok egyharmada (a dom ináns hom ozigóták) egym ás között keresztezve csakis sárga magvú utódokat hoznak létre. A sáiga magvú egyedek kétharm ada viszont egym ással keresztezve újra a 3:1 hasadási arányt mutatják a mag színére nézve. Ezek az egyedek ugyanis heterozigóta dominánsok.

Az /*2 zöldm agvú borsók egym ással való keresztezése mindig kizárólag zö ld m agvú utó- dokat eredm ényez. Az öröklésm enet dom ináns-recessz ív , mert a dom ináns je lleg (a sárga szín), heterozigóta form ában elnyom ja a reces.szív (zöld) tulajdonságot. (I63.t.úhni)

A MINŐSÉGUELLEGEK ÖRÖKLŐDÉSE 1 6 3

'■ Q > ^ ^AA aa

G ® ( a ) © ©

F, O XAa Aa

G " ^ © © ' ©

F,

Q QAa

Aa

Aa

Q QAa

utódarány; mind sárga

Q QAA

Aa

Aa

aa

utódarány: 3 : 1

KOMBINÁCIÓS TÁBLA

Iv a r s e jte k A

a Aa

a Aa

A

Aa

A a

KOMBINÁCIÓS TÁBLA

Iv a r s e jte k A

A AA

a Aa

a

Aa

aa

163.1. MonohiU id keresztezés. Egy homozigóta domináns és egy homozigóta lecejiszív egyed keresztezésének vizsgálalu kel utódncmzcdckcn keresztül

Az in te rm e d ie r ö rök lődésm ene t

H a a c so d a tö lc sér nevű kerti d ísznövény (1 6 3 .2 . á h í-a ) különböző viiágszínű változatait keresztezzük egym ással, más eredm ényt kapunk. A szirom levelek színváltozatait kialakító a llé lok között ugyanis csak részleges (hm iuancia van. Ezért a hom ozigóta piros, illetve fehér virágú szülők első utódnem zedékében csupa rózsaszín virágú egyed jö n létre, am ely köztes jelleg a két szülői szirom szín között. A rózsaszín virágú csodatölcsérek keresztezéséből viszont 25% piros. 50% rózsaszín é s 25% fehér virágú egyedet kapunk.A z F j rózsaszínűek egym ás közötti keresztezéséből ismét 1:2:1 arányban jönnek létre piros, rózsaszín, illetve fehér virágú egyedek A részlegesen dom ináns allélhatás okozta öröklődést nevezik in te rm ed ie r, vagyis köztes ö rök lésm enetnek .

^ X

PF PF PF PF

PP PFfenotípus; 1 : 2 : 1 genotípus: 1 : 2 : 1

PF FF

163.2. Az intennedier öröklésmenet egy példitja


A kodom ináns örökló 'désm enet

Az ABO-vércsopartreiulszerhen egy gén hálóin változatával öröklődhet. A három alléi:A, B és 0. Közülük mindig kettő szám áia van hely a hom ológ krom oszóm apár két génhelyén. E kettő viszonya határozza meg a vércsoporto t. A hom ozigótákban ugyanabból az alléiból kettő fordul elő. az AB-vércso/yoríú em berben viszont az A- és a B-allél egyaránt m egvan. Ez a két alléi egym ással szem benk o d o m in án s je llegű , ami azt jelenti, hogy heterozigóta form ában m indkét alléi érvényre jut. (Lásd m ég 151-152. oldal.) Mivel az / i - és a 5-allél viszont a 0-aliéllel szemben dom ináns, a következő geno- és fenotípusok alakulhatnak ki: (i64.i.ábrH)

Fenotipus Genotípus

A A4 vagyai?

B BB vagy BO

AB AB

0 00

164.1. /\/íO-vcicsopoiti cndszer

O A te sz te lő keresztezés

A tesz te lő kere.sztezés (164.2. ábra) az ism eretlen genotipiLsú domináns fenotípusú egyed genotípusának a meghatározására szolgál. A do- mináns-recesszív öröklésmenetekben ugyanis a hom ozigó ta dom ináns és a heterozigó ta dom ináns egyedeknek azonos a fenotípusa.Például a szarvasmarha szarvaltsága recesszív {(la) je lleg . Ebből következik, hogy egy szarvatlan bika lehet hom ozigóta dom ináns (AA), ám lehet heterozigóta (Aü) genotípusú is. Ha a célunk a szai'vatlanság megőrzése egy tenyészetben, ez fontos lehet. Ilyenkor a bika sperm ájával több, esetünkben m ondjuk tíz, hom ozigóta recesszív (tehát szarvait) tehenet m egterm ékenyítenek. A születő borjak feno- típusarányaibó l következtetn i lehet a bika genotípusáia. Ugyanis, ha a bika homozigóta, akkor az utódok között kizárólag heterozigótaszarvatlan borjú fog születni (Aa). Ha ellenben az utódok között m egjelenik a szarvaltság- elm életben 5 0 % köml akkor a bika heterozigóta. (1643. áhra)

” Ö ^ Q 0 ’< QAa aa

/ \ / \AA aa

/ \ / \G ( a ) © © © ® © © ©

Q d Q Q

- Aa aa*y

Aa Aa

Q d Q QAa aa Aa Aa

ut6darány: 1 :1 utódarány: mirxl sárga

164.2. Tc.'iztelő kcicsztczcs: a boiNÓszcinek színének öröklődésen

Heterozigóta bika

A a

a Aa (szarvatlan) aa (szarvatt)

a Aa (szarvatlan) aa (szarvan)

164.3. A szjtrviismarhii sziir\’ults;íg<muk öiöklődcsc

Homozig()ta bika

A A

Aa (szarvatlan) Aa (szarvatlan)

Aa (szarvatlai)) Aa (szarvatlan)


O D om inánsan ö rök lődő e m b e ri m egbe tegedések

A dom inánsan öröklődő em beri betegségek öröklődése könnyen nyom on követhető, hiszen a heterozigötákban is kialakulnak. Elsősorban a csontvázat, a kötőszöveti rendszert és az izom zatot érintik. így öröklődik például a sokujjúság (I65.1. ábm), az összenőtt ujjak és a töipeség egyik formája. Az ilyen betegségek szám a több száz, de többségük rendkívül ritkán fordul elő . Ha dom inánsan öröklődő betegségben szenvedő em beiek utóda egészséges lesz (ez csak akkor lehetséges, ha mindkét szülő heterozigóta a betegségre nézve), akkor az utód már nem örökíti tovább a hibás alléit.

165.1. A esete

úság (polidaktilia) egyik

R ecesszíven ö rök lődő e m beri m egbe tegedések

A reces-szíven ö rök lődő em beri betegségek nyomon követése lényegesen nehezebb feladat, mint a dom inánsan öröklődő m egbetegedéseké. Hiszen egészséges szülőktől is születhetnek ilyen betegségben szenvedő gyerm ekek, ha mindkét szülő hordozza a hibás alléit, azaz heterozigóta. A recesszíven öröklődő betegségek csak hom ozigóta form ában alakulnak ki.

A recesszív alléi ezekben a betegségekben sokszor azt Jelenti, hogy a hibás alléi nem m űködik.

Recesszív módon öröklődő emberi betegség egyebek között a vörös-zöld színtévesztés, a teljes, fehérbőrűség (albinizm us), a süketném aság bizonyos formái, a „tejcukorm érgezés” , a véi'zékenység. valamint a súlyos szellemi fogyatékosságot okozó fenilketonúria nevű anyagcserezavar.

IV IV.

o2.

D

Ö O 1. 2 .

RECESSZÍVCSALÁDFA

□ □ □1 . 2. 3.

O4.

O O2 . 3.

Ó4.

Ó3.

165.2. Családfák. A domináns csiiládfában a 111/1. és a III/2. beteg egyedek utódai között megjelent az egé.szséges fcnotipus is. A családfa minden nemzedckcben megfigyelhetők a beteg egyedek is. A recesszív családfábiin a II/3. és a 11/4. egészséges egyedeknek született beteg gyenneke (II1/2.). Ennek alléljei a szülőktől szánnaztak


O Enzím betegségek

A genetikusán ö rök lődő enzim hetegs^geket gyűjtőnéven en z ím o p ath iák n ak nevezzük. Ezek mutációk következtében kialakuló enzim m űködési zavaiok. Bizonyos génm utációk következtében egyes enzim ek nem m egfelelően (vagy egyáltalán nem) m űködnek. Ezek általában súlyos következményekkel járniik. Enzim opathia okozza u fe n llk e to n ú riá t is.

Ismertebb enzimopathia még a golyvás k retén iznuis. am ely a pajzsmirigy tiroxin nevű horm onjának enzimo- lógiai okokra visszavezethető term elési zavarából ered. Az a lh in izm u s (I66.] .úi)ra) oka is hasonló, ebben az esetben a m elanin bőrfesték nem term elődik. Enzim m űködési zavar a te jcu k o r-é rzék en y ség és a b iizaliszt-érzé- k enység is.

Az e n z im o p a th iá k á lta lá b a n recessz ív en ö rö k lődnek .

Az R h -vé rcsop o rt ö rök lődéseAz R h -v ércso p o rt kialakulásában a D-vel jelö lt antigén játszik ^szerepet. Ha ez a vércsopoitantigén megvan a vizsgált szem ély vérében, akkor az ille tő R h-pozitív . ha hiányzik, akkor R h-negatív . M agyarországon az em berek 85% -a Rh-pozitív. csupán 15%-ban hiányzik a D-an- tigén. Ö röklődése don ilnáns-recessz ív módon történik, az Rh-pozitív azaz az antigén tennelése a domináns jelleg (166.2. ábra). Az Rh-faktor öröklődése korábban rendkívül fontos kérdés volt, elsősorban a terhesség i Rh-összefér- h e te tlen ség miatt.

Ha ugyanis Rh-negatív véicsoportú anyának Rh-pozitív m agzata fejlődik , problém ák je len tkeznek . Igaz, az e lső terhesség általában még zavartalan . U gyanis a m agzati vörösvérsejtek, amelyekben m egvan a D-anti- gén. csak a szülés idején kerülnek nagyobb m ennyiségben kapcsolatba az anyával. Mivel ezek az antigén miatt idegenek az anya számára, immunreakció indul be a magzati vörösvérsejtek ellen. Ez a m ár megszületett újszülött szám ára nem jelent veszélyt, annál inkább a leendő m ásodik gyerm ek szám áia. Ha ugyanis az im m unreakció végbem egy, akkor már a második terhesség előtt készen állnak az ellenanyagok, amelyek átjuthatnak a magzatba (167.1. ábra). Hatásukra összecsapódik a m agzat vörösvér- sejtjeinek egy része, a kialakuló vérszegénység m iatt

Tj'i. Jl

Au lut Au

1 1 1

166.1. Az albinizinus öröklődésének néhány lehetséges esete

166.2. A z Rh*fciktoi öröklődése


167.1. Az Rh-összeféihetellenscg (-; Rh-negatív; +: Rh-pozilív; Y: ellen;tnyagaz Rh-pozilív vöiösvcrsejtek ellen)

a m agzat tápanyag- és oxigénhiányos lesz, ezéil fejlődése súlyos zavarokat szenved, sőt mái a m éhen belül elpusztulhat. Szerencsére a veszélyeztelett m agzatok károsodása ma már m egelőzhető. Az Rh-negatív vércsopoilú anyák minden szülés után 72 órán belül D-anti- gén elleni ellenanyagot kapnak, ami elpusztítja az antigéneket, és így m egakadályozza, hogy az anyai szervezet immunizálódjon ellenük. Az Rh-pozitív anyákat nem fenyegeti a fenti veszély akkor sem, ha Rh-negatív vércsopoilú a magzatuk, hiszen sem m iféle Rh-antigén nincs a m agzati vörösvérsejtekben.

o -VICTÖRIA EDWARO

O

— □ á á óVICTORIA

■aALBERT

o Ot- é é - p óALICE

DLOUIS IV EDWARO VII ALEXANDRA LEOPOLD BEATRICE HELENA

á o f i ^ ó ó á Ó tO B tO (ÍtO á á í i s í i iALIX N ICHOLASII

T U i I I O O ■ o □□OLGA MARIÉ ALEXIS

1. VICTORIA2. IRENE3. GEORGE V4. VICTORIA5. ALFO NSO X II6. GEORGE VI7. MARGARET8. DIANA9. CHARLES

10. ANDREW11. SARAH12. EDWARD13. ANNE

r x

o p m

ó ó ái i D O

O

&PHILIP

= o ^ELiZABETH II

í ]WILLIAM HARRY

JUAN CARLOS

Jelmagyarázat

egészséges nő

□ egészséges férfi

hordozó

H fertőzőn

167.2. A z euiópiti uialkodóhi'tzak családfája


O t D

II. Q

2.

ó □ ó □2. 3. 4.

Ó Ü Ó 1 . 2. 3.

o

□ ó ü 4. 5. 6.

A csa lád fae lem zés

Az em beri öröklődés vizsgálatában a családfakutatásoknak és az egypetéjű ikrekkel végzett v izsgálatoknak különösen nagy a jelentőségük. A c sa lá d ta k u ta tá so k fon tosságának az a m agyarázata, hogy az em bernek kevés utóda van, nincs lehetőség statisztikai elemzésekre, ellenben főleg a recesszív tulajdonságok öröklődésének vizsgálatában a felmenők tulajdonságainak számbavétele je len tős segítség lehet. (ir>s.i.Hi>ra)

A családfa az elődök ábrázolására szolgál. Jól leolvasható róla egy. a családban jelenlévő veleszületett betegség vagy rendellenesség nemzedékről nem zedékre történő megjelenése. Elemzésével következtetni lehet a betegség öröklődési módjái’a, aira, hogy dominánsan vagy recesszíven öröklődik-e, nemhez kapcsolt-e, stb.

A családfát nemzetközileg rögzített elvek szerint rajzolják meg. A férfiakat négyzet, a nőket kör szimbolizálja. A házastársakat vízszintes vonal köti össze. A gyerm ekeket a házastársakat összekötő vonalból ágaztatják ki. A z esetleges vén okoni kapcsolatokat dupla vonal jelzi. A beteg személyek szimbólumát besötétítik, a hordozókat félig sötétítik be. M indezt tanulm ányozhatjuk az ábrán, amely az európai uralkodóházakban a vérzékenység elterjedését mutatja ( 1 6 7 .2 .á b r a ) . Mivel A lbeit egészséges volt. Viktória királynő feltételezhetően hordozó volt, hiszen fiuk, Lipót véi’zékeny lett. Hordozónak bizonyult két leányuk, A liz és Beatrix is.

168.1. E gy ö rö k lő d ő betegséget hordozó csalitd c.' aliídfája

O A génkapcso ltság

M endel feltételezte, hogy minden tulajdonság egym ástól függetlenü l öröklődik. M a már tudjuk, hogy ez nem így van, egym ástól függetlenül csak a különböző kromoszóm ákon lévő gének öröklődnek. Az evetm uslk ának például mintegy 1000 génje van. de csak 4 kromo- szóm apárja. vagyis átlagosan 250 génpár van egy-egy hom ológ krom oszóm apárban. Ezek a gének elvileg egymáshoz kapcso ltan öröklődnek, hiszen ugyanabban a kromoszómapárban találhatók. Az egy krom oszóm ában öröklődő gének összessége a k ap cso ló d ási csojK>rt (linkage). A gének kapcsolódási csoportba töm öiülése látszólag az egyedi változatosság ellen hat, hiszen csökkenti a változatos egyedek kialakulásának valószínűségét. Van azonban egy folyam at, am ely a kromoszóm ák kiaU kulásának ellenére is mérhetetlenül nagy genetikai változatosságot okoz. ez a genetikai rekomhimU ió. A m eiózis során terem tődik meg ennek a lehetősége, és az utódegyedekben realizálódik a hatása.

G énkö lcsönha tások

Lehetséges, hogy két gén kifejeződé.se között semmiféle kölcsönhatás nincs. Más esetekben viszont szó/fios kölcsönhatás is létrejöhet a pétiek között. A gének m űködésük során hatást gyakorolnak egym ásra, és ennek eredm ényeképpen jön létre a fenotípus.

A legegyszerűbb köicsönhatásos esetekben a k é t gén eg y ü ttm ű k ö d ik . Ilyen öröklődés je llem ző a házi tyúk taréjának kialakulására is. Ha /?- és B-ollél is je len van, az egyedben diótaréj jö n létre, vagyis ez az RRBB. RrBB, RRBh, RrBh genotípusok esetén alakul ki.


Ha viszont a genotípus rrBB vagy vrBh, akkor borsótaiéj jö n létre. RRhh és Rrhh genotípus esetén pedig rózsataréj. Végül az rrhh genotípus fűrészes taréjt alakít ki. Elvégezzük a 169. í . ábrán látható keresztezést. A m ásodik utodnem zedékben a jelleg hasadási aránya 9 :3 :3 :l, ami ugyanaz, mint M endel di- hibrid keresztezésében az F2 hasadási aránya, csakhogy itt nem két tulajdoiisóg öröklődésé’ nek négyféle kom binációja jö tt létre, hanem ugyanazon tu lajdonság négyféle változata, am elyeket azonban nem egy gén 4 ailéije, hanem 2 gén 2-2 allélje hozott létre (I69.i.ái)ni).

Ha a tulajdonság kialakításában két gén vesz részt, akkor előfordul, hogy az egyik gén e ln y o m ja , vagy elleplezi a m á sik gén m ű k ö d é sé t. Ezt a hatást e p isz ta tík u sn a k . az elnyom ó gént pedig ep isz ta tikus génnek nevezik. Az elnyomó hatás a klasszikus men- deli d ihibrid hasadási arány (9:3:3:J) különböző m ódosulásait eiedm ényezi.

Ha például az A-gén elnyom ja a B-f^én hutását, akkor d o m in án s ep isz táz isró l beszélünk. A hasadási arány I2:3:I-re változik. Ilyen hasadás jön létre a lovak szórzetszinének öröklődése során.

A recesszív ep isz tázis esetén a-alfél homozigóta állapotban elnyomja B-allél hatását. A hasadási arány 9:3:4-vc változik. Ilyen öröklődést mutat az egerek szőrzetszíne. K ét gén h a tá sa összegződhet a fenotípus kialakításában. Ekkor a hasadási aiány 9:6:1 stb.

F.

rózsátaréj€RRbb

<2

borsótáréj

rr8B

díótar^j díótaréj

RrBb RrBb

G RB Rb

RE

RrBb RrBb

rS rb

% > % > ♦RRBB RRBb RrBB RrBb

. . % € €RRBb RRbb RrBb Rrbb

% * \ ^RrBB RrBb rrBB rrBb

♦ « rRrBb Rrbb rrBb rrbb

fenotípusok aránya az -nemzedékben

♦ % « rdíótaréj borsótaréj rózsataréj fúrészes taréj

9 : 3 : 3 : 1

169.1. A tyúkok t<ucjfonn«yiínak öröklődc.'ic

r8

rb

O A matematikai statisztikai módszerek Mendel kutatásaibanM e n d e l ö rö k lő d é s i v iz .sgála ta i s o rá n e lő s z ö r a lk a lm a z o tt in a t c n i a t i k a i s t a l i s / t i k a i e l já r á .s o k a t b io ló g ia i k u ta tá s i e re d m é n y e in e k f e lh a s z n á lá s á b a n . A z ö m k lő d é s in e n e te k s o rá n k a p o tt nagysz< im ú u tó d o t e le m e z te m a te m a tik a i s ta tis z tik a i m ó d s z e re k k e l . E zéi1 a lk a lm a z h a t ta a v a ló sz ín ű sé g é s a g y a k o r is á g fo g a lm a k a t.

Hcí pé ld iiu l e g y h o m o z ig ó ta sz«u v«i!t te h e n e t (<ia) e g y h e te ro z ig ó ta sz a rv a lla n b ik áv a l (A í /) p iíroz ta- tu n k , a z u tó d 5 0 % -o s v a ló s z ín ű s é g g e l le s z s z a rv a it v a g y sz a rv a tla n , m e rt a g e n o típ u s o k a la p já n v a g y i ly e n le sz , v a g y o ly a n . H a v isz o n t a s p e n n a b a n k b ó l s z á z s z a rv a it te h e n e t te n íié k e n y ítü n k m e g u g y a n a n n a k a b ik á n a k a sp e rm á já v a l, a z u tó d o k k ö z ö tt 5 0 % -o s gy< ikorisággal le s z sza i'v a lt é s h a so n ló a rá n y b a n s z a rv a tla n .


A Mendel-törvényekAz ejij fonnasáj* s/abálvH szerint az eltérő tulajdonságváltoziitú. tiszta szilnriiizcksorú (homozigóta) szülők első utódneinzedékének egyedei cgyfonnák.

A hasadás s/abályábaii kimondja, hogy ugyanezen szülők második utódnemzedékében a szü* lői tulajdonságváltozatok elválnak egymástól.

A s/abad kombinálódás szabálya szerint a második utódnemzedékben két tulajdonság örök* lődésének vizsgálata esetén a tulajdonságok sziíbadon kombinálódnak. (Abban <iz esetben, ha a vizsgált tulajdonságok nem egy kromoszómán vannak).

O Mendel törvényszerűségeinek korlátaí, a kapcsoltság és az extranukleáris öröklődésAz örökítőanyag túlnyomó része a sejtmiig kromoszómáiban található. Mendel ugyan nem ismerte a kromoszómákat és a géneket, de feltételezett bizonyos öröklődési faktorokat, amelyek a szülőkből az utódokba jutnak. Dihibrul kereszlezéseihen a tulajdonságváltoziitok szabad kombinálódását tapasztalta, ezért feltételezte, hogy minden lulajdonság egymástól fiiggellemil örökUJdik. Morgan kísérlete óta tudjuk, hogy ez nem így van.

A gének kromoszómákbiin találhatók, az ecetmuslicának például mintegy 1000 génje van, de csiik 4 kromoszómapáija, vagyis átlagosan 250 génpár van egy»egy homológ kromoszómapárban. Ezek a gének elvileg c$>ymásho/ kapcsoltan öröklődnek, hiszen ugyanabban a kromoszómapárban találhcitók. Az egy kromoszómában öröklődő gének összessége a kapcsoUkiási csoport. Ez azt is jelenti, hogy az ecetmuslica tulajdonságai így 4 kapcsolódási csoportban öröklődnek.

Az emberi gének sz<íma m<ir sokkal több. mint az ecetmuslic<iké. Ez a hatalmas génállomány m<ír 23 pár kromoszómában tömöiül. vagyis az emberi géneknek 23 kapcsolódási csoportjuk van (22 pár és XX, 22 pár és XY).

A gének kapcsolódási csoportba tömörülése az egyedi vdltozolosság ellen hat. hiszen csökkenti a változatos egyedek kialakulásának valószínűségét. A genetikai rckonihiiiáció azonban a kapcsoltsági csoportok ellenére mérhetetlenül nagy genetikai változatosságot eredményez.

Az öröklődést elsősorban a sejtmag l)NS-tarlalnia szabja meg. Azonban egyéb, sejtmagon kívüli örökítőtényezők is vannak, ezek gyűjtőneve a pla/inagének.

A citoplazma genetikai infonnációt hordozó összetevői miatt a petesejt és a hímivai sejt örökítőmű- ködése nem teljesen azonos értékű. Például a zárvatennő növényekben szinte kivétel nélkül csak a petesejt tartalmaz színtestet, de általában anyai eredetűek a zigóták mitokondriumai is. Ezért a nem sejtmag eredetű öröklődés elsősorban a s/inl estekbe/ és a niitoktmdriuniokhox kapcsolódik. Tudjuk, hogy cl színtesteknek és a mitokondriumokniüc önálló I)NS-niolekuláik is vannak. Ezeken kívül dto- pla/niatiktis gének is ismertek. Ezek öröklődése eltér a Mendel-szabályoktól. A citoplazmatikus öröklődés még az emberben is hat.

JUJ

170.1. A kanári bóbitájának öröklődése

A MINŐSÉGI JELLEGEK ÖRÖKLŐDÉSE 1 7 1

O A letális alléiA letális alléi luiláll eredményező ollél. A halál már az ivarérettség előtt bekövetkezik. A genetikai letalirást eredményezheti letális géumuUkióy valamint knnnoszóinamitttu'ió. Ha a letális alléi domináns, a heterozigótákban Is halált eredményez, ezéil eltűnik, majd mutációval újrakeletkezhet a populációban. A recesszív letális allétok azért veszélyesek, mert váratlanul jelentkeznek, két egészséges (hetemzigóta) szülő utódjaként. (I70.I. ábm)

Mire lígyeljünk különböző öröklésmenetek elemzésekor?Az öröklésmenetek vizsgálatánál a hasadási arányokból sz<ímos következtetés levonható, ezért örök- lésinenetek esetén mindig ene figyeljünk elsősorban. Ha darabsz<ímban kapjuk meg a következő nemzedék egyes fenő- vagy genotípusait, azokat számoljuk át arányokra úgy, hogy megkeressük, ii>elyik az a közös szám, amelyik valamennyi megadott d<irabszámban miuadék nélkül egyértelműen megvan.

100%-os fenotípus-azonosság jellemző homozigóta domináns (A/t) és homozigóta recesszívek {aa) keresztezése esetén is cj»>’gciics örökicsinciicickbcii.

P; AÁ X AA F y:A A ,A A ,A A ,A A

I*: aa x aa F^ : aoy aa, aa, aa

Ugyancsak 100%-os fenotípusarány jelenik meg egy homozigóta domináns és homozigóta recesszív (AA és aa) keresztezésekor.

P; AA X aa F,: Aa, Aa, A a,A a

A z Is lehet, hogy a heterozigóta önálló fenotípussal jelentkezik (intenned ier öröklésmenet). 50-50%-os fenotípus-megjelenés jellemző heterozióga domináns (Aa) és homozigóta recesszív

(aa) keresztezésekor.P: Aa X aa

F^: Aa, Aa, aa, aa25%, 25%, 50% fenotípus has<tdá.si arány jellemző két heterozigóta keresztezésekor, ha a heterozigó- ták önálló fenotípussal jelennek meg (intcnnedier öröklődés).

O A dlhibrid öröklés

A díhíhrid kcres/lc/csckbcn két tulajdonság váhozatainak öröklődését együtt követjük nyomon. A kukorica két különböző kromoszómán lévő egy-egy domináns allélje együttesen biztosítja a színes kukoricaszem klalakulásiít. Minden másféle genotípus-kombináció eredményeként színtelen (fehér) lesz a kukoricaszem. <172.1-2. áhni)

Kapcsolt örökléimciiet esetén, ha nincs allélkícscrclődcs. akkor a fenotípusarány 3 (bidomi- náns): I (birecesszív). Ha történt allélkicserélődés, az arány ettől egy kicsit eltér. Tételezzük fel, hogy a maszai egér szemszíne [barna (/!)] - [kék («)] és a szőrzetszíne [sáiga (B) - fehér (/>)] kapcsoltan öröklődik. Ha egy bmna szemű és sáiga szőrű maszai egeret keresztezünk egy kék szemű és fehér szőrű maszai egérrel, valamennyi utód barna szemű és sárga szőrű lesz (Aafíh). Ha ezeket egymás között keresztezzük, és 15 kisegér születik, közülük tíz b<u na szemű és s<irga szőrű, egy barna szemű és fehér szőrű, egy kék szemű és sárga szőrű, valamint három kék szemű és fehér szőiij lesz. Kapcsolt öröklődésről és allélkicserélődésről van szó ebben az esetben (ugyanis ez 3 : I hasadási arány, csak egy-egy új kombináció is megjelent).


F,

F,

A kiaiakulö kombinációk;

ivarsejtek AB 1 AB

ab AaBb ' AaBb

ab AaBb , AaBb

minden egyed Aa8b genotípusú

ivarsejtek; AB Ab aB ab A k ialaku l kombinációk:

172.1. A kukoriciKzem színének öröklődése

0 0 x 0 0AaBb AaBb AaBb AaBb

minden egyed fenotípusa piros

ivarseftek AB Ab aB ab G AB Ab aB ab

AB AABB AABb AaBB AaBb AB 0 0 0 0Ab AABb AAbb AaBb Aabb Ab 0 0 0 0aB AaBB AaBb aaBB aaSb aB 0 0 0 0

ab AaBb Aabb aaBb aabb ab 0 0 0 0az egyedek fenotipus-m egoszlása: 9 : 7

G é n k ö lc s ö n h a tá so k

Domináns epísztázis (/4>allél elnyomja &-allél hatását).

Recesszív epísztázis (>4-aíiél homozigóta állapotban elnyon^a &-allél hatását).

Két gén hatása összegződik (mindkét domináns alléi önmagában ugyanazt a fenotipust eredményezi).

Kettős dominancia (mindkét gén domináns allélie ugyanazt a fenotipust eredményezi).

Kettős recesszivitás(mindkét gén honY)Zigöta recesszív alakban ugyanazt a fenotipust eredményezi).

Oomináns-recessziv génkölcsónhatás (az egyik domináns alléi ugyanazt a fenotipust alakítja ki, mint a birecessziv allélpár).

Domináns é s recesszív epísztázis (a két dom ináns allét együtt é s az egyik domináns alléi önmagában ugyanazt a fenotipust ered ményezi, mint a birecessziv).

Konkuráló gének(a két domináns ailél együtt ugyanazt a fenotipust eredményezi, mint a birecessziv).

F , hasadási arányok

12:3: 1

9:3:4

9:6: 1

15:1

9:7

9:3:4

13:3

10:3:3

172.2. A dihibi id öröklésmenetekben az alléink egymásra gyakorolt hatásai és a má<vodik nemzedék hasadásí arányai

AZ IVAR MEGHATÁROZÁSA 1 7 3

3 3 . Az ivar meghatározása

Ivarse jtek Anyay V

ApaA A

X X X X X

Y X V X V


O M agyarázza el az ivarsejtek szerepét az ivar m eghatározásában.


O Eitelm ezze és elem ezze a nem hez kötött öröklést a vérzékenység és a színtévesztés példáján.

O E itse a kapcsoltság, a rekom binációs gyakoriság és a genetikai térképezés módszerének összefüggését.

O A nem iség

Az élőlények ív a rá t (a legtöbb esetben) az ivari k rom oszó m ák határozzák meg. Az em ber ivari kromoszóma- párja a nők esetében azonos: XX, a féifiak esetében eltérő: XY. Az ember neme d mefírenuékenyítés pillanatában eldől. Ha Y-krom osz6m ájú hím ivarsejt egyesül a petesejttel, fiú (XV), ha pedig X-krom oszóm ájú, akkor leány 173.1. A ncmöiöklődcsc (XX) lesz az utód, hiszen valamennyi petesejt X-kromo-szóm át tartalmaz. Ebből az is következik, hogy minden egyes m egterm ékenyüléskor 50% az esély aira. hogy az utód fiú lesz. és 50% arra is, hogy kislány.

A később kifejlődő ivarszei'vek az elsődleges nem i jellegek. A m ásodlagos nem i jellegek testalkati, élettani és pszichikai különbségek. Például másodlagos férfi nemi jelleg a mélyebb hang. az erősebb testszőrzet (bajusz, szakáll), a széle.sebb váll és a keskenyebb csípő. Női m ásodlagos nemi jellegek a m agasabb hang, a .szélesebb csípő, a keskenyebb váll, az emlő és a pszichés érzékenység stb.

Az em beri nem m eghatározásában el.sődleges az iv a ri k ro m o sz ó m a p á r összetétele. Ez a k rom oszóm ális nem . Az ivarm irigyek alapján beszélünk genitálLs nem rő l, ez azonban m ásodlagos a kromoszom ális nemmel szemben. Végül pszichoszexuális az a nem, amilyen nem űnek az em ber éi'zi (vallja) magát.

A genitális nemet (am elyet a születés pillanatában m egállapítanak) törvényes nemnek is szokták nevezni. A töivényes nem é s a pszichoszexuális nem megegyezé.se sem szükségszerű, m eit a nem i id en titás csak hosszú, bonyolult folyamat során alakul ki, am elyben az öröklött- ség m ellett a környezet is szerepet játszik .

O A vérzékenység és a vörös-zöld színtévesztésAz X-kromoszómában tulálható vcr/ckeny.scg egyik fonnájának és a vöri)s-zöld színtcvcszicsnck a génje. Mindkét betegséget reccsszív allélok örökítik.

A vérzékenységben a betegek vére nem alvad meg, ezért még viszonylag kis séiülések is súlyos vérveszteséget okozhatnak. A betegség általában csak fiú uuklokfxm alakul ki, az <myák többnyire csak


örökítik a betegség lecesszív alléljét. de maguk csak hordozók, egészséges heterozigótiík. A nőkben ugyanis a hibás X-kromoszóma mellett még lehet egy hibátlan X-kroinoszóma is (X^X^), iunely nor- málisun működik. Fiú utódaik azonban 50%-os valószínűséggel betegséget okozó X.j-kromoszómát örökölnek édesanyjuktól. Y-kroinoszómájukban a hibátlan gén nem található meg, így ha anyai X-kro- moszómájuk hibás, vérzékenyek lesznek (X^Y).

A vérzékenység örököfbelő típusa elterjedt volt a 19. sz<ízadi európai uralkodócsaládokban <167.2. ábra).

Hasonló módon öröklődik a vörös-ZfiUt színléveszfés is. A féifiak 8%-a (Xj,Y). a nők 0,5%-a (X..X J színtévesztő.«i ím

O A genetikai térképezésA kaffi\s<fl(i(hlsi csopffruik nem <ibszolút érvényűek, hiszen a í;cnki«itTt‘l(kií’s incgváltoztatjíi a gének összetételét egy kromoszómán. A génkicserélődéssel magyarázható, hogy sem a tulajdonságok független öröklődése, sem pedig a kapcsolt tulajdonságok együttes megjelenése nem 100%-os valószínűségű.

Az allélkicserélődések vizsgálata teszi lehetővé a kromoszómákban elhelyezkedő gének soirendjé* nek meghatiíiozásiít. vagyis a genetikai tcrképe/cst. A gének elhelyezkedéséről az allélkicserélődések gyakorisága tájékoztat. Az allélkicserélődés folyamatából következik, hogy minél távolabb van egymástól a két gén a kromoszómán, annál valószínűbb, hogy egyikük ,J<icserélődik” (a homológ kro- moszómiík tagjai között) a két homológ gén közül. A kromoszóma két végén levő gének esetén az allélkicserélődés valószínűsége már olyan nagy, ami a szabad kombináció, vagy a független öröklődés látszatát is keltheti.

Tételezzük fel, hogy AaBh allélpárok két kapcsolódási csoportba tartoznak, aiTwlyek közül Ali, valamint ah öröklődik kapcsoltan. Keresztezzük most a következő kétféle genoiípusú egyedet:

P: AA lilf X aahh (ivaisejtek: AB, ah),F,: AaBh.

Ha a kapcsoltság 100%»os, akkor az /*'| egyedeknek csak kétféle ivarsejtjük van: AB és ah.Ha az /•', egyedeket visszakeresztezzük az aahh szülővel, akkor az ivarsejtek a következők

lesznek:AaBh X aahh fivarsejtek: AB. ah. ah, AB).

Az Fj-ben 100%-os kapcsoltság e.setén tehát AaBh és aahh egyedek jönnek létre, tehát csakis a szülői genotípusok és fenotípusok. Ha viszont akad néhány másféle kombinációjú egyed is: Aahh vagy aaBh, akkor ez csiikis úgy jöhetett létre, hogy itllélkicserélŐdés miatt inegviíltozott a két homológ kapcsolódási c.soport, vagyis genetikai rekombináció történt. Ha megszámoljuk az ilyen egyedeket, inajd iíz így kapott sz«íinot elosztjuk az összes egyedek sziíinával. akkor megkapjuk a rekombinációs százalékot.

rekombinánsok sz ímarekombinációs százalék = --------------------------------------------- x 100

összes visszakeresztezett utód száma

A rckonihinációs sxáxalck tehát azt mutatja meg, hogy a visszakeresztezés utáni nemzedékben hány sz;tzi«lék rekombináns egyed található. Minél nagyohh a swtn, annál távoiahh \'an a két gén egy- másU/I a kromo.szónuín. .Sok ilyen keresztezésből (mindig váltogatva az egyik vizsgált gént) meghatározható a gének egymáshoz viszonyított távolsága és sorrendje.

A genetikai térképezés igazi jelentősegét az adja meg. hogy általa válik lehetővé a génsebészet, vagyis az. hogy a gének tiulalmát mesterségesen megváltoztathassák.

A MENNYISÉGI JELLEGEK ÖRÖKLŐDÉSE 1 7 5

3 4 . A mennyiségi jellegek öröklődése


O Ism ertessen örök lődő m ennyiségi tu lajdonságokat és hajlam okat az élővilágban és az emberi öröklődésben. H asonlítsa össze a m ennyiségi jellegeket és a minőségi jellegeket kialakító gének hatásait (sok gén, jelentős környezeti hatás).

© Hozza kapcsolatba a mennyiségi öröklődést a háziasítással és a hibridvetőm agok elterjedésével.

KMKLT SZINTŰ követelm ény:0

© Á brán ismerje fel és magyarázza el, hogy a mennyiségi jellegek eloszlása a populációban norm áleloszláshoz közelít.

O Ism ertessen módszereket az öröklött és a környezeti hatások szétválaszrásáia (ikerkutatás, környezetváltozás).

O A m in őség i je lle g e k és a m en ny isé g i je lle g e k ö rök lődésének összehason lítása

A m inőségi je llegek (szín. forma, szag, betegségekre való hajlam stb.) öröklődését általában egy vdfíy néhány gén határozza meg <i75.i.áhra). Ezzel szemben a m ennyiségi jellegek (méret, testtöm eg, terméshozam , zsniaitalom . m agvak tápanyagtartalma stb.) viszont többnyire {wH- géues öröklikíésüeks vagyis kialakulásukat 10-100 vagy még több gén szabja meg (i75.i ábra). További fontos különbség, hogy a m inőségi jellegek kialakítására a környezetnek egyáltalán nincs (vagy egyes esetekben m inim ális) hatása, míg a mennyiségi jellegek kialakulását a környezeti hatás igen jelentősen hefolyásoJja. Például hiába lehet egy görögdinnyének genetikusán 10 kilogiammos teimése, tápanyag- vagy vízhiányos élőhelyen alig egy-két kilóra fog csak

X IAiA|B|Bt AjAjBjB; g loS 3>

a a a 1 180

AiAjB183 AiAjBiB AjAjBjBj AjA BiBj1/9

G A,B, A,Bí A:B, A;Bí170

A,B, 0 S a 16S

A,Bí a a a 160

A2B. s a aAíBí a 0

1872-1973

1998

évek

175.1. A büzaszein színének változilsa 175.2. Az <íthigm<tgassái{ válcozil'iu MagymoiNZííg teiü-lctén( 1872-1998)


megnőni. A inenynyiségi jellegek öröklődésére az is jellem ző, hogy sok összeadódó génhatás je len tkezik , ezért a gének egyedi hatásában a m endeli törvényszerűségek érvényesülése szinte kim utathatatlan.

A m ennyiség i je llegek öröklődésének viszonylag egyszerű esete a kukorica szem sorszámának öröklődése. A szem sorszám három gén összhatásaként alakul ki. Minél több a dom ináns allélok száma, annál több szem sor képződik. Ha például a szülők 8. illetve 20 szem soit fejlesztettek, és keresztezik őket. akkor az egyedeinek szemsorátlaga 14 lesz, míg az ^2-61- oszlás pedig különféle eredm ényt hoz. (I7 6 .i.ú > > ra)

Egyedszám Genotípus Domináns allélok száma Szemsorok száma Egyedszám-

gyakoriság

M8BCC

AABBCc

AABBcc

AABbCC

AABbCc

A/^bcc

AAbbCC

AAbbCc

AAbbcc

AaBBCC

AaBBCc

AaBBcc

AaBbCC

AaBbCc

AaBbcc

AabbCC

AabbCc

AabbCC

aaBBCC

aaBBCc

aaBBcc

aaBbCC

aaBbCc

aaBbcc

aabbCC

aal^caabbcc

20

1816181614161412

181614161412

14

12

10

161412

1412

10

12

10

8

1/646/64

15/64

20/6415/646/641/64

176.1. A kukoiicit szeiTtsorsz ímáticik öröklődése, az F,-nemzcdékbcn

A MENNYISÉGI JELLEGEK ÖRÖKLŐDÉSE 1 7 7

O A ház iasítás

A h á z l^ í tá s vagy más néven domeszti káció során egyes vadon élő állatfajokból háziállatok, egyes vadon term ő növényfajokból term esztett növények váltak. Az állatok befogása, a növények tudatos termesztése után m egkezdődött a kedvező tulajdonságokkal rendelkező egyedek kiválogatása és továbbtenyésztése: a m esterséges szelekció. Az em ber a gazdasági céljainak m egfelelően a legelőnyösebbnek vélt tulajdonságú egyedeket kiválogatja, és biztosítja szám ukra az optim ális feltételeket ahhoz, hogy ezeket a tulajdonságaikat m egőrizzék, illetve továbbadják utódaikba. Ezzel egyidejűleg a nem megfelelő tulajdonságú egyedeket kiselejtezi. A kis különbségekből kiinduló nem esítő munka csak több nemzedék után hoz létre érezhető változást a populációban. Ez az idő evolúciós léptékben igen rövid időszak. A rermészeíes és m esterséges szelekció fontos különbsége, hogy a mesterséges szelekció következtében nagyon rövid idő alatt jelentős különbségek jönnek létre. Olyanok, am elyekhez term észetes populációkban esetleg néhány millió év szükséges. Igaz viszont, hogy az eltérések rendszerint csak néhány kiválasztott tulajdonságra terjednek ki <i77.i.úhni).

A h e te ró z ish a lás (a h ib rid ve tőm ag ok kérdése)

Ha a hím nős növényeket önm egtennékenyítéssel szaporítják, illetve állatok rokon egyedeit egym ás között párosítják, akkor beltenyésztést végeznek. A beltenyésztés során a mennyiségi je llegek mértéke általában nem zedékről nemzedékre csökken, és egyre romlik az egyedek szaporodóképessége és életrevalósága is. Ez a beltenyészeti lerom lás. (Ezéit tiltják mái- a term észeti népek törvényei is a rokonházasságot!) A jelen.ségnek az a m agyarázata, hogy az egyedekben fokozódik a hom ozigótaság. így egyre nő annak a valószínű.sége, hogy kedvezőtlen, csak recesszív form ában fellépő tulajdonságok érvényre jussanak.

Ha azonban különböző beltenyésztett egyedcsoportok tagjait egym ással keresztezik, akkor az F ,-b en a szinte minden tulajdonságban kedvező változás, főleg pedig a m ennyiségi je lle gekben ugrásszerű növekedés következik be. Ez a he terózishatás.

káposzta (Brassica oleracea)

csTScsrügyre

káposzta

oldalriigyekre szárra levelekre virágokra virágzatra

bimbós kel kar&lábé kelkáposzta brokkoli karfiol

177.1. A vadkiíposztából szíínnazó tennesztett főzeléknövények


Ennek magyarázatát a kukorica példáján kövessük nyomon. Tételezzük fel. hogy kizárólag a csőhossz meretében két beltenyésztett soit hozunk létre: az egyikben m indig a leghosszabb,*a m ásikban mindig a legrövidebb csőhosszú egyedeket keresztezzük egym ással. így 3-4 beltenyésztett nemzedék után van egy olyan kukoricapopuláció, am elyik <* relatíve leghosszabb, és egy másik, amelyik a relatíve legrövidebb hosszúságú csöveket termi. Ha most ennek a két populációnak az egyedeit (mondjuk a leghosszabb és a legrövidebb csövű egyedet) keresztezzük egym ással, a következő nem zedékben olyan egyedeket kapunk F ,-ben . amelyek különösen hosszú csöveket fognak fejleszteni. O lyan nagyokat, am elyek jóval meghaladják a leg- hosszabbak szelekciójával létrehozott csőm éretet is. A jelenségnek az a m agyarázata, hogy am ikor mi a cső nagyobb méretére szelektáljuk az egyedeket. a beltenyésztés következtében egyre több nagy csőhosszéit felelős génp«u- lesz homozigóta, azaz a csőhossz egyre növekedik. V iszont számos olyan tulajdonságra nézve is hom ozigóta recesszívek lesznek a növények, am elyekre nem figyelünk, azonban közvetve ezek is befolyásolják a csőm éretet. Ilyen lehet például a táplálékhasznosítás mértéke, a szárazságtűrés m értéke, illetve a különböző anyagcsere-folyam atok hatékonysága. Azaz. miközben mi egyetlen, kiválasztott és végig nyomon követett kedvező tulajdonságra szelektálunk, óhatatlanul kedvezőtlen tulajdonságokra nézve is hom ozigótává tesszük az egyedeket. Ezért a csőm éret növekedik ugyan, de a genetikai lehetőségek nincsenek m axim álisan kihasználva .számos kedvezőtlen tulajdonság érvényre ju tása miatt. Lehet, hogy a növény rosszabbul fogja elviselni a vízhiányt, kevésbé hatékonyan hasznosítja a foszfort, stb. Ugyanez igaz a kisebb csőm éret irányába haló szelekcióra is. Ha azonban ezt a két egyedet (populációt) egym ással keiesztezzük, szinte minden tulajdonságra nézve nagy valószínűséggel heterozigóta le.sz az új nemzedék, azaz minden allélpárból ju t egy „jó” gén is a növényekbe, ami u kukorica csőhosszában is megm utatkozik.

O A mennyiségi jellegek megoszlása egy populációbanA mennyiségi jellegek jellemző vonása, hogy egy populációban haranggörbe szerinti inegoszlást mutatnak. Azaz. u vizsgált mennyiségi jelleg átlagos értékéből lesz a legtöbb egy tennészeles popuhiciöban. Például egy kukoricatáblában az átlagos hosszúságú csőből lesz a legtöbb, a legkisebbekből, illetve a legnagyobbakből lesz a legkevesebb. (178.1. ábra)

O IkerkutatásokAz íkerkutatásokat Francis Gálion [fránszisz góltn](1822>I9I 1) angol tudós alkalmazta először, aki Charles 9 0 9 0 9 0 OODarwin fclunokateslvére volt. Az ikerkutatásokat ma azért • •tartjuk fontosnak, mert egyrészt azegj pt'téjii ikrek genetikai fenoopus állománya teljesen azono.s, ezért minden tulajdonságaikban, 178.1. A búziLszcm színének eloszlása viselkedésükben inegmutatkozó eltérés a környcxcii hatásoknak (nevelésnek) tulajdonítható. Az eltérő hatások ellenére jelentkező megegyezések viszont az öröklöttséget tételezik fel. Másrészt az ikervizsgálatok során az öröklődés szerepének különböző mértékét mutatták ki egyes betegségek kialakulási'iban. Ilyenek például a cukorbetegség, a magas vérnyomás és az értelmi fogyatékossiíg. Hazainkban is folynak ikerkutatással kapcsolatos vizsgálatok, ezek Czeizel Endre nevéhez fűződnek.

T u

■ ■ S. .

<-

1 8 0 AZ ÉLŐVILÁG FEJLŐDÉSE

3 5 . Az ideális és a reális populáció


O Tudja, hogy a populációk genetikai szempontból alléi és genotípus gyakoriságokkal jellem ezhetők.

© E itelm ezze, hogy a mutációk je len tik a populációk genetikai változásainak fon ását.

o Ismertesse az irányító, a stabilizáló és a szétválasztó szelekció fogalmát, kapcsolja össze ezeket a fajkeletkezés elm életével.

O E itse a populáció nagyságának term észetvédelm i jelentőségét.


© Lássa a m atematikai modell és a m egfigyelhető biológiai folyam atok összefüggését.

o Éltelm ezze az ideális populáció fogalm át, feltételeit.

O Éltelm ezze a H ardy-W einberg-szabályt 1 gén 2 allélos szám ítások esetén.

O Éltelm ezze a születési és a halálozási ráta fogalmát, és ezek függését a populációsűm - ségtől. Értelmezze a kihalási küszöb kapcsolatát a genetikai sodródással és a beltenyészet következtében fellépő lerom lással. M agyarázza el ennek term észetvédelm i vonatkozásait (fajmegőrzés).

© É itse a beltenyésztés és a nem véletlenszem párválasztás biológiai hatásait.

O A p op u lá c ió k a llé i és genotípus g ya ko risá g g a l je llem ezh e tő k

A populációkban egy-egy általunk vizsgált, kiválasztott tulajdonság rendszerint nem azo- h:gycdck: nos az egé.sz populációban. Evolúciós elm életének megalkotásakor D í/m m és az öröklődés u® boinozigoia heteiozjgoia hoinozigoíatörvényszeiííségeinek feltárása során M endel domináns domimíns reccs>zívis abból a tapasztalati tényből indult ki, hogyegy populáció egyedei egy kiválasztott é.s vizs- / \

M I I M IM r M A lld o k : 2 3 6 0 v \ 4 8 0 A é s 4 8 0 a 2 IfiO ngalt tulajdonságban altalaban nem egyformák.Például a borsószem színe lehet zö ld vagy Aiiéiíí.vak(iriíáí;;sárga, egy szai vasmarha lehet szaivalt vagy 2 -3 < S 0 + 4 8 0 4 8 0 + 2 - ifto ^szarvatlan , egy em ber vércsoportja lehet:A .B .A B é s O stb. Ami a lényeg, az egyes gén- gyakoriságaváltozatok - az allélok - soha nem egy tb rn iaa rá n y b a n vannak jelen a populációkban. Például egy term észetes tavaszi ganéjtúró bogái' populációban a száinyfedők zöld színűek a bogaiak 55‘/é>-ban. kékek 35% -ban. lilák 5%-ban, fényes feketék 4% -ban és vörösek I % -ban. Azaz a szárnyfedők színéért felelős különböző allélok nem egyform a arányban fordulnak elő, re la tív g y ak o riság u k nem azonos. A populációban azonban az egyes allélok relatív gyakorisága m egállapítható, és ezzel a populáció jellem ezhető. <i80.i.úhni)

AZ IDEÁLIS ÉS A REÁLIS POPULÁCIÓ 1 8 1

O A m u tá c ió k evo lú c iós hatása

A génváltozatok - az aliélok - m u tá c ió k során jönnek létre. Ezért a m utációknak igen nagy jelentőségük volt (és van) az élővilág evolúciója során.

O A sze le kc ió fo rm á i

A szelekció m enetét a külső körülm ények befolyásolják. Fontos kettéválasztanunk azonban a minőségi és a mennyiségi jellegek szelekciós folyamatait, ugyanis azok eltérőek. A minőségi je lleg ek esetében lehet, hogy a dom ináns alléinak nagyobb az életrevalósága (ilyen például az em beri vérzékenység). Ebben az esetben a homozigóta recesszív egyedek hátrányba kerülnek és kiszelektálódnak. Lehet, hogy a heterozigóra egyedek életrevalósága nagyobb, ebben az esetben szelekciós előnyben részesülnek a homozigóta domináns és a homozigóta recesszív egyedekkel szemben. É ne példa a már em lített sarlósejtes vérszegénység, ahol a heteiozigóta egyedek m aláriaiezisztenciája a heterozigóták számára jóval nagyobb életre valóságot jelent. Végül elképzelhető a recesszív alléi szelekciós előnye is. ebben az esetben a hom ozigóta recesszív egyedek nagyobb szaporodási eséllyel rendelkeznek, mint a homozigóta domináns vagy heterozigóta egyedek. Ez jellem ző például a szarvasm arha szarvaltságára, am ely recesszív jelleg. Term észetes körülmények között azonban a szarvaltság jóval nagyobb szaporodási esélyt kínál a bikáknak, mint a dom ináns szarvatlanság.

Az irányító, stabilizáló és szétválasztó szelekciók viszont csak m ennyiség! jellegek esetén léphetnek fel. (Ugyanis kizárólag a m ennyiségi jellegekre igaz. hogy a tulajdonságok haranggörbe szerinti m egoszlást mutatnak a populációban.) Az irán y ító szelekció esetén az egyik szélsőéilékkel rendelkező egyedek (pl. nagy levélfelület). a s tab ilizáló szelekció esetén az átlagos éllékkel rendelkező egyedek (pl. közepes levélfelület) részesülnek szelekciós előnyben. A szé tválasztó szelekció esetén akár a z egyik (nagy felületű levél). aká.r a másik (kis felületű levél) szélsőitékkel rendelkezik valamelyik egyed, szelekciós előnyben van az átlagos értékkel rendelkező egyedekkel szemben. (isi.i.H hra)

A p op u lá c ió k nagyságának te rm é sze tvé d e lm i je len tősége

A popu lációk m éretének természetvédelmi szempontból igen nagy a jelentősége. A m atematikai statisztikai eljáiások („a nagy számok töi vényszemségei” ) ugyanis csak kellőegyed'izóniú

kiindulási állapot

fcnotípus

181.1. Szelckciófipusok

s/4Íivá!as/ió szcIckció irányító s/clckció


pnpulációhau érvényesülnek. Egy kis egyedszám ú populációban egyre nagyobb lesz a beltenyésztés esélye, ezért egyre nő a kedvezőtlen allélok halm ozódásának esélye az utódokban. Például a védett javai és szumátrai orrszarvúak m egm entése feltehetően azért lesz sikertelen (minden erőfeszítés ellenére), mert a vadon élő populációik egyedszáma (egy-egy populációról van sz6!) már egy kritikus érték alá esett (m integy 5 0 -7 0 db).

O Matematikai modellek a biológiai folyamatokbanA iiiHlcmaíikHÍ modell egy biológiai folyamat elméleti megfogulm«iz<isa. amely a folyamat összefüggéseinek mennyiségi viszonyait tükrözi. Minden modell - így a matematikai modellek is - szükség- szemen egyszeiíjsíienck. mellőznek kevésbé fontos, vagy a folyamat szempontjából lényegtelen, ám ineglévő elemeket, ugyanakkor a folyamatok lényegét kiemelik. A természetes jM>puUíciók reális fH>- imlácrók - mivel azonban az evolúciós léptékhez képest rendkívül rövid időintervallumokban viz.sgál- juk őket gyiikran ideális popuh'tcióként (,ígyen.súlyi populiició” ) tanulm<ínyozhatók, így az elméleti modellek alkalmazhatók rájuk.

O Az Ideális populációAz ideális populáció egy elméleti modell, amely a valóságban nem létezik, mert a természetben élő (reális) populációk nem felelnek meg az ideális (elméleti) populáció kritériumainak. Ugyanakkor a reális populációk - mivel rendkívül rövid időintervallumokban vizsgáljuk őket gyakran ideális populációként tanulmányozhatók.

Az ideális populáció jellemzője:- végtelenül nagysziunú egyed alkotja:- nem működnek benne szelekciós hatások;- nincs mutáció;- <iz allélok kombinálódása z<ivartalan;- a szomszédos populációkból nincs bevándorlás, ugyanakkor egyetlen egyed sem hagyja el

a populációt.

O A Hardy-Weinberg-szabály alkalmazása a számításokbanA Ilardy-Wcinbcr^-szabály szerint az ideális populációban az allélok és az első generációt követően a genotípusok gyakorisága nemzedékről nemzedékre állandó (1X2.1. ábra). Tételezzük fel, hogy egy ilyen ideális popul<wióban/l-génből csak kétféle változat alakult ki, egy domináns és egy recesszív alléi. A domináns alléi gyakorisága legyen 0,7, a recesszívé pedig 0,3. A két alléi összege 100%, vagyis 1,0. Teimészetesen az ivai'sejtek is ilyen gyakorisággal fogjiík tiulal- mazni a kétféle alléit, ezért mind a hímivarsejtek,mind a petesejtek relatív gyakoriságát így fejez- ’ ®

hetjük ki. 182.1. AgcnoiípusokciöforduhUiikülönbözőallclgya-0,7 A + 0,3 a = 1,0. koriságok esetén

AZ IDEÁLIS ÉS A REÁLIS POPULÁCIÓ 1 8 3

Q 11 NZÜkSk líitul létrehozott u szűkök á ltal létrehozott petesejlek gyukoiisúgu h íitiivu isejtek gyitkorisúgu

0 .6 A cs 0 .4 a 0 .6 A és 0 .4 a

l lló d g c iic rH c ió

0,6 ®

0 . 4 © © 0 . 4

Az ideális populációban teljesen véletlenszeiil az ivarsejtek találkozási valószínűsége is, vagyis matematikailag:

(0.7 A + 0.3 a) (0.7 A + 0.3 «) = 1.0.Az egyenletből kifejezhetjük a két alléi relatív

gyakoriságát:(0.7 A + 0.3 í/)2 = I.O.

0.49 ÁA + 0,42 Ad + 0,09 aa = 1,0.Ebből i4-allcl relatív gyakorisága:0.49 -I- 0,21 = 0,7, í/-allclc pedig 0,09 + 0,21 = 0,3.

Ebből az egy.szeíTj matematikai levezetésből is lút.<zik, hogy az ideális populáció következő nemzedékében a szülői nemzedékkel teljesen azonos maradt az allélok, és ebből következően a genotípusok relatív gyakorisága is. Ez jellemző mindiiddig, amíg az ideális populáció feltételei fennállnak. Azt a törvényszerűséget, amely szerint az ideális populációkban az allélok relatív gyakorisága nemzedékről nemzedékre ugyanaz marad, Ilardy-VVeiiiberg^s/abályiiak nevezik.

A Hardy-Weinberg-szabállyal kapcsolatos számításoknál az alábbiakat nem sz<tbad elfelejteni! Egyrészt szük.séges tudni a két összefüggést:

Allctg.vakoriság a/, ultklnciii/cüék cK.vedcllH‘n:

2 - 0 .3 6 + 0 .4 8 0 .4 8 + 2 -0 .1 6/>» ■ sO.o </ a ... ' " «' 2 ‘ 1

183.1. Idc«ílis populikió

0 .4

p + q = 1

+ 2pq + a 1

Másrészt pontosan meg kell Jegyeznünk, hogy melyik kifejezés mit Jelent: p s a domináns alléi relatív gyakorisága a populációban, q = a reccsszív alléi relatív gyakorisága a populációban,

a homozigóta domináns egyedek relatív gyakorisága a populációbanv 2 | M | = a heterozigóta egyedek relatív gyakorisága a populációban,

= a homozigóta reccsszív egyedek relatív gyakorisága a populációban.Ezek szem előtt tai1á.sával bánnelyik feladat kiszámolható.

O A populáció egyedszámváitozásalnak összefüggéseiEgy populáció mérete nem állandó, változilsát az egyedsziim időegység alatti változásával fejezhetjük ki. En nek számszerű értéke a repríHlukciós hányadtts. Ha az cgyedsziimot A -nel jelöljük, úgy az idő* egység alatti változását {R) az /? = AA'/Af összefüggés fejezi ki. A szülelések {nataUtás) S2uímának megfelelően növekedik, a haUUozósok (nforUiiilás) következtében pedig állandóan csökken.

Egy populáció sziiporodóképcsségét a születési róla fejezi ki. Ez fajra jellemző sajáto.sság, amely megmutatja, hogy egy nőstény egyed egységnyi idő alatt hány utódot hoz vihigra. A halálozási ráki az egy.ségnyi idő alatt elpusztuló egyedek száma.

A születési ráta fajonként nagyon eltérő értékű. Vannak növények, amelyek egy év iilatt több ezer magot érlelnek, egyes halak vagy kagylók több millió petét raknak le, ugyanakkor az emlősök között vannak olyanok is, amelyeknél az ikerellés is ritka.s<ig. Minden populáció rendelkezik egy fhtlenciális


sz(iff(/r<HÍókéi?ességgel (r). Ez az illető popuhíció által elérhető legnagyobb ut<Sdsziím abban az esetben, ha az utódok létrejöttét és fejlődését semmilyen külső vagy belső tényező nem zavarja. A potenciális sziíporodóképcsség tehát csak egy etméleti érték, a populáció növekedését az élőhely eltiulóké- pessége határozza meg.

Ha u haUUozási ráta meghaladja a születési ráta nagyságát, a populáció egyedszáma csökken. A kis egyedszámú populációkra nem lesznek érvényesek a matematikai statisztikai (.«nagy sziímok törvény- szeiTJségei” ) módszereken alapuló modellek, meri kevés ivat sejt esetén azok szabad kombinálódásának a lehetősége már nincs meg. Beltenyészet következik be. azaz nő a közel lokon egyedek p«uoso- dásánuk valószínűsége, és ez növeli a kedvezőtlen recesszív aliélok birecesszív genotípus fonnájában jelentkező találkozá.sát, ami viszont genetikai leromlást okoz. A populáció életképessége egyre na* gyobb ütemben fog csökkenni.

A fenti jelenség az alacsony szaporodási rátájú védett fajok, például az emlősök esetében lehet tér* mcszclvcdclini szempontból fontos. Hu ugyanis a populáció egyedszáma egy kritikus értek alá csökken, a faj ki fog pusztulni, mert elkeiülhetetlen a teljes genetikai leromlás. Például a szumátrai orrsziirvú egyedszáma tennészctes élőhelyén 50-70 egyed közé tehető, ezért feltehetően a fajt már óriási erőfeszítések ellenére sem sikerül megmenteni.

Előfordulhat, hogy valamilyen külső vagy belső hatás következtében a populáció egyed.sz<íma drasztikusan lecsökken. Kevés utód születésekor, katasztrófiík hatilsára vagy néhány egyed kiválásakor a populáció allélösszetétele nem felel meg az eredeti allélösszetételnek. Ez » genetikai smlródás. A genetikai sodródás azt is kifejezi, hogy az új, kis léLszámü nemzedék vagy populáció allélö.sszetétele a véletlen hatására jön létre. (lK4.l.áhra)

O A nem véletlenszerű párválasztás biológiai hatásaiNem véletlenszerű párválas/tás történik például a tudatos tenyésztés és tennesztés során. Ezekben az esetekben nőhet a kiválasztott kedvező aliélok felhalmozódiísa. (Nagyobb hús-, tejhoziun, cifrább toll, gyors takaiinányhasznosítás.) Ugyaní»kkor a beltenyésztéssel nőhet a kedvezőtlen aliélok felhalmozódása és éiA’ényre jutásii is. Ezért tlgyelhetők meg például a német juhászkutyák túlnyomó többségénél bizonyos gerincproblémák, amelyek genetikus fajtasajátossággá váltak. Hasonlóan genetikus okokra vezethető vissza egyes foxtenierek epilepszia-valószínűségének ugrásszerű növekedése is.

A kezdeti populáció

másodikgeneráció

harm ad ikgeneráció

negyedikgeneráció

flstaponkíás

^ 50 6:4 ^feMmaradö ^ 60 7:3 fennmaradó * 70 4:6 fennmaradó ^ 40 ^40 ^30

elsviporodAs

"'20 0:2:1 -'O"* 50 átmeneti '* ® >*30 egyedszám- <>4

csökkenés

-»0-70

megváltozott ^ allélösszctétel

nm

véUtUnííJkíváiópopuláció-

részkt

elsií rodds

184.1. A genetikai sodródiis három jellegzetes szituációja: a folyamatos drift (A), a palacknyakhatás (B) és az alapító hatás (C)

ADAPTÍV ÉS NEM ADAPTÍV EVOLÚCIÓS FOLYAMATOK 1 8 5

3 6 . Adaptív és nem adaptív evolúciós folyamatok


O Ism ertesse a term észetes szelekció darwini modelljét.

© Ism ertessen adaptív és nem adaptív jellegű evolúciós folyam atokat, illetve egy példa alapján ítélje meg, hogy a folyam at milyen típusba sorolható.

0 Ism ertesse a hom ológ és az analóg szerv fogalmát, a konvergens és a divergens fejlődést, tudjon példaként ilyen fejlődésű szerveket, élőlényeket bem utatni.

O Tudjon példákat említeni az evolúció közvetlen bizonyítékaira (zárvány, kövület, lenyom at, lerakódás).


© Ism ertesse a relatív és az abszolút korm eghatározás fogalm át.

O Ism ertesse az élő kövület fogalm át, hozzon rá példát. Ism ertesse a pollenanalízis és az évgyűm elem zés m ódszerét, valamint az ezekből levonható következtetéseket.

© Ism ertesse az ugiásszerű (pontozott) evolúció lényét és az értelm ezések lehetőségeit.

© E itse az evolúció közvetett bizonyítékait (DNS-hom ológia, m oiekuláiis törzsfák, genetikai kód, sejtes felépítés, hom ológ szervek, az em briók hasonlósága, funkciójukat vesztett szervek léte).

© Éitelm ezze, hogy miért jelenthet a háziasítás genetikai beavatkozást. (Lásd 177. oldal.)

O A te rm é sze te s sze lekc ió

A darM in í evolúciós m odell alapja a létért való küzdelem , és a te rm észe tes szelekció. Az ideális populáció egy m odell, a valóságban nem létezik, m ert egy term észetes populációban az allélösszetétel folyamatosan változik. A hatások közül legnagyobb jelentősége a mutációknak van, amelyek ú j alléi m egjelenését eredm ényezhetik egyes egyedekben <1x5.1 . á b ra ) .

Az élőhelyükön a populációk szüntelen haicot folytatnak a term észet erőforrásaiért. Mivel m indig több utód születik egy populációban, mint am ennyit az élőhely eltiuthat, a kevésbé rá term ettek elpusztu lnak . Ezért küzdelem folyik a létért, am elynek következm énye a szelekció. (ix^.i.Hhrü)

A darw ini modell a létéit való küzdelm et, illetve ebből levezetve a term észetes szelekciót kizárólagos evolúciós hajtóerőnek tételezte fel. M a m ár tudjuk, hogy e kétségkívül fontos tényező mellett az evolúciós folyam atokban legalább ekkora szerepe volt egym ás segítésének, a szimbionta kölcsönhatások ki- alakulásának is. Ezt igazolja az endosziiti- „ j , ^ a populáció allcIgyiO^ori-biózis, a zuzm ók kialakulása stb. siigait


K 4

186.1. A tcnncszctcs szclckcíó

6 Példa adaptív jellegű evolúciós folyamatraAz élőlények egyik legfontosabb sajátossága, hogy szabályozo ttság jellem ző rájuk, azaz az egyedek genetikai adottságaik határértékein belül a lk a lm a zk o d n ak a környezet változásaihoz. Például egy em ber, ha hideg környezetbe kerül, úgy alkalm azkodik a környezetéhez, hogy a szervezetében m egindulnak a hőterm elő anyagcsere-folyam atok, am elyek biztosítják az állandó testhőmérsékletet, m egakadályozva ezzel a test kihűlését. A z egyes egyedek alkalmazkodóképessége azonban különböző, mert tulajdonságaik eltérőek. A z evolúció szem pontjából fontos alkalmazkodás populációs szinten történik. így az evolúcióképesség kérdése nem egyedi, hanem populációs szinten értendő.

A populációs szintű alkalmazkodás folyamatát világosan mutatja az Angliában. Manchester környékén élő nyíifaaraszoló lepkék populációjának átalakulása a 19. században, az ipari forradalom idején. A 18. században M anchester még kis váios volt, környezete m entes volt m inden olyan szennyeződéstől, am ely később a gyáripar kialakulása miatt bekövetkezett. Ebben az időben a M anchester környéki erdőkben élő nyírfaaraszoló lepkék túlnyom órészt világos árnyalatúak voltak, mert ez tökéletes rejtőszínnek bizonyult a nyírfák fehéres kérgén. A sötét színű példányok mindössze 10-20Vic-es gyakorisággal fordultak elő. A 19. század közepére a környezetet a gyárak tennelte flist és korom már teljesen beszennyezte, ekkorra mái' a sötét színűek alkották a lepkeállomány túlnyomó részét, alig maiadt néhány világos árnyalatú egyed. Könnyű belátni, hogy a változást az okozhatta, hogy a sötét színűvé vált fakérgeken lényegesen jobban észrevették a m adarak a világos árnyalatú nyírfaaraszolókat. m int a sötéteket (i«ri.2.áhni). A környezeti változás tehát m egváltoztatta a nyírfaaraszoló lepke populációjának allélösszetételét, elteijesztve ezzel a sötét színű, az adott környezetben életreva- lóbb egyedeket. Ú gy is m ondhatjuk , hogy a populáció alkalm azkodott a környezetéhez.

Ha a manchesteri példái továbbgondoljuk, és feltételezzük, hogy a nyírfaaraszoló lepke populáció ja terjeszkedhetett A ngliában, e lképzelhető, hogy egyes helyeken a fekete, más helyeken a fehér szín jelent szelekciós előnyt.

186.2. A nyiifiuiriL'*zoló lepkék változiitiii világoscs.»;ö- tét fatörz.sön


ősi pioty

187.1. A Diuwin-pintyck fajli'ii

E zért a kétfelé vándorló populációk egyik helyen k é s ^ b csak fehér, egy m ásik helyen később csak fekete példányokból fog állni, azaz egy tulajdonságban bekövetkezik a pop u lác ió k szétválása , elkülönülése. A különböző helyekre került populációk további hatásokhoz is alkalm azkodnak, és egy idő után további tulajdonságokban is eltérővé válhat a két populáció. Új faj keletkezésérő l akkor lesz szó. ha idővel az ivari elkülönülés is bekövetkezik . Ez a fo lyam at figye lhe tő m eg a D anvin-pintyek elterjedése esetében a Galá- pagos-szigeteken (iK7.i.áhra).

A G alápagos-szigetek a Csendes-óceán egyik különálló, vulkanikus eredetű szigetcso- poilja. Sohasem függött össze D él-A m erikával. Ecuadortól mintegy lOOOkm-re nyugatra fekszik. Mintegy 80 madáifajának ősei a kontinensről keiültek oda. A szigetcsoporton ma 14 pintyfaj él. Ezek néhány véletlenül bevándorolt egyed leszárm azottai, am elyek feltehetően a kontinensi pintyélőhelyek telítődése miatt vetődtek a szigetekre. Itt szabad élőhelyeket találtak, am elyeket „konkurencia” nélkül foglalhattak el. Nemcsak azokat az élőhelyeket népesítették be. ahol a kontinensen é lő pintyek előfordultak, hanem azoktól lényegesen e ltérőeket is. Az ú j é le tk ö rü lm é n y e k m egváltoztatták tá p lá lk o z á s i sz o k á sa ik a t, majd az alkalm azkodás testfelépítésükre is kihatott. M a a fajok egy része magevő, mások virágokat csipegetnek, vagy haikály módjára rovarlárvákkal táplálkoznak. Kialakultak rovarevő pintyfajok, sőt létezik egy repülő rovarok elfogására képes faj is. A szelekciós a lka lm azk o d ás során a különféle táplálkozású pinlyfajok csőrfelépítése eltérővé vált.

Példa nem adap tív je lle g ű e vo lú c ió s fo lyam a tok ra

A természetben előfordul, hogy a génállomány változásának nincs köze a populáció alkalmazkodási folyamataihoz. Elsősorban a kis létszámú populációkból elveszhetnek az alkalmazkodás szem pontjából előnyös gének is (gondoljunk a hasadási arányokra), m iközben a ked v ezőtlen gének relatív gyakorisága növekszik.A kis létszám ú populációk létrejöhetnek úgy, hogy egyes csoportok kiválnak a szülői populációból és elvándorolnak. Ez a génáram lás jelensége (i«7.2.ábra). Ha a töredékpopuláció új é lő h e ly e t hódít m eg, új populáció t hozhat létre. A z új populáció nem szükségszerűen képviseli arányaiban a szülői populáció allél- gyakoriságait. Ilyenkor érvényesül az a la p ítóelv. azaz a populáció teljes génállom ánya az elvándorlók allélvariációiból származik. Ez a folyam at is evolúcióhoz vezethet, de liigget-

a vándorlás eredményeként n6 a barna gén gyakorisága

187.2. A vándoilil'; (inÍgr<ícÍ6) inegviíltoztalhiitja iiz alléi* gyakorisagot


ember kutya fóka denevér madár

188.1. A gciinccsek mcilM> végtiigjiii homológ szervek

len az alkalmazkodástól (term észetesen a popuUkió további fejlődésében m ár az alkalm azkodás újr<i szerephez jut).

O P é ldák hom ológ és ana lóg sze rvekre

A nalóg szervek például a madár szárnya és a cserebogár szárnya, a hal farkúszója és a cetek farkúszója.

H om ológ szervek például a madár szárnya és a vakond első pár lába vagy a nyulak m etszőfoga és az elefánt agyara. á b ra )

P é ldák konve rgenc iá ra és d ive rg e n c iá ra

A z analóg szerveket kialakító fejlődési folyamat az evolúciós konvergencia .Konvergencia például Ausztrália erszényes em lőseinek fejlődése ( i x 8 .2 .á b r a ) . Ezek az állatok nem „estek áldozatul” a náluk fejlettebb méhlepényes emlősöknek, m eit azok kialakulása előtt Ausztrália elszakadt a mai Eurázsiától. Ennek eredményeképpen sok erszényes emlősfaj meglepően hasonlít más kontinensek hasonló körülmények között élő. hasonló életm ódot folytató m éhlepényes fajaira, anélkül, hogy közös öröklöttségük lenne.

188.2. Ausztnílíai erszényes emlősök: koiila (/\>. kenguru {B), oposszuin ( O


A lum wlófi szetvekef kíulukító folyamatok együttese az evolúciós d ivergencia . A környezethez való alkalm azkodás eredm ényezte divergencia figyelhető m eg például a különböző életm ódot folytató gerincesek m ellső végtagjainak összehasonlításakor. Ezek a végtagok rendkívül sokfélék, elég ha a vakond ásólábáia, a m adarak és a denevér szárnyára, a bálnák uszonyaira vagy az em ber kezére gondolunk. Bármilyen különbözőnek látszanak ezek a végtagok. belső felépítésük, alapszerkezetük azonos.

O P é ldák az evo lúc ió közuetlen b izonyítéka ira

Az evolúció közvetlen bizonyítékai például a különböző maradványok vagy más néven fosszíliák . A fosszília lehet kövület, lenyomat. borostyánkő, konzerválódott ősm aradvány, „é lő kövület” . (IKV.l.Hbra)- A kövületek: korábban élt élőlények meg

kövesedett maradványai. Ilyenek például a Szent László pénze néven ism eil egysejtűek m egkövesedett vázai, a tihanyi kecskekörm ök, amelyek valójában csigaházak.

- A lenyom atok : jelentőségük azért nagy,m eit a korábban élt élőlények lágy részeiről is informálhatnak. Ilyen például a mai Ném etország teiületéről előkerült ősgyíkm adár (Archeopteryx) lenyom at, vagy a véiiesszőllősi leletegyüttesben szám os falevél lenyomata.

- A borostyánkövek a földtörténet korábbi időszakaiban élő fenyők megkövesedett gyantái, am elyek gyakran őriznek meg magtikba zárt korabeli ízeltlábúakat (legyek, darazsak).

- K o n zerv á ló d o tt m aradvány például egy jégbefagyott m am uttetem , vagy a híres „Ötzi” A usztriából (egy több ezer éves em ber teljes m aradványa egy alpokbeli gleccserből).

189.1. A fosszilis leid kiahtkulásit

O A relatív és az abszolút kormeghatározási módszerA fosszíliák koimeghatározása a geológia és az őslénytan alapvető problémája. A relatív kormeghatározás alapelve iiz, hogy a geológiai folyamatok a m ú ltb an is lényegében ugyanolyanok voltak, mint napjainkban. Egy folyó torkolatában például megfigyelhető az agyag és itz iszap lerakódása, tanulmányozható a régebbi rétegek üledéke.s kőzetté alakulása is. Következtetések vonhatók le a rétegek keletkezési idejére. Az előbbi feltételezés alapján viszont más. hasonló geológiai képződmények kora is megbecsülhető, a rétegekből pedig akár a Föld kora is kikövetkeztethető. Mégis a relatív kor- meghcitározás inkább csak a rétegek időheli egyniásulániságál határozta meg, kevésbé volt alkalmas az abszolút kor megítélésére.

A üledékes kőzetek képződése szinte sohasem azonos, hiszen az üledékképződésnek számos változó tényezője is van. Nemcsak az éghajlat változik, hanem maga a földkéreg is emelkedhet vagy süllyedhet, ezzel változhat az erózió és az üledékképzés sebessége is. Még az sem biztos, hogy a legidősebb kőzet legalul helyezkedik el. (190.1. áhm)


relatívkormeghatározás

fiatalabb

Az abs/,ohí( kornii'f^határo/ás ulapjit a radioaktivitás. A nidioaktív atomok nem stabilak, idővel elbomlanak. A bomlás üteme ftiggetlen a nyomástól, a hőméi>iéklettől, valamint a közegtől is, A bomlás sebességét a felezési /V/<7 jellemzi, az az időtartam, amely alatt az atomok fele átalakul más elemmé, miközben energia szabadul fel. és elemi részecskék távoznak az atomból. Ha a kőzetben meghatározz<ík a radioaktív, illetve a belőle kialakuló elem atomjainak arányát, akkor a kőzet kora a felezési idő ismeretében rnegha- tározható.

Radioaktív konncghalározásia többféle elem is használható. A ruhídíiim (50 milliárd év felezési idő) stronciummá. a kHlíumíxotop (1,3 milliárd éves felezési idő) argonná alakul át.Az uráiií'/otópok (700 millió és 4,5 millió év közötti felezési idők) ólomizotópokká alakulnak.

Rövidebb Időszak vizsgálatára alkalmas a radiokarlxinos konneghatájoziís. Mintegy 50 ezer évig visszamenőleg lehet alkalmazni.

abszolútkormeghatározás

495 millió év

510 millió éva vulkanikus hamu

kora520 millió év

545 millió év

idősebb(régebbi)

190.1. Relatív és abszolút konneghatiíroziis

A radiokarbon kormeghatározási módszerA I4*es tömegszámú szénizotóp radioaktív izotópja, amelynek felezési Ideje 5600 év, ez idő alatt nitrogénné alakul. Az élő növények és közvetve az állatok a légkörből veszik fel a A légkörben a szén.-dio.\id '’ C-taitalma állandó. meil ott is elbomlik ugyan, de állandóan keletkezik is a kozmikus sugárziísok hatására, tehát a változiis egyensúlyban van. A szeiA'ezetben azonban csak a bomlási fo- lyiunat játszódik le. ezéit a szént<ulalmú maradviínyokból és a szénizotóp m<ínyából a maradvány kora meghatározható. Mintegy 50 000 évig teijedőleg alkalmazható.

O Az élő kövületek, a pollenanalízis és az évgyűrűelemzésAz „éiő kövületek'' olyan ma is élő élőlények, amelyek „túlélték a saját kihalásukat". Ilyen példái a f?oji/míszójit hal vagy a maradványvsiga, a növények közül a korpafüvek vagy a (HÍfrányfenyő, amelyek koráhhi szerveződések szintjeit mutatják, igazolják.

A polk'iianalí/.is egy táj egykori növényzetének mennyiségi és minőségi rekonstrukciójára alkalmas. A lényege, hogy egyes talajok, vagy például a tőzegmohalápok évtizezredekre megőj-zik a folyamatosain rájuk hulló és egymásra riikodó pollenrétegeket. Ezek meghati'uozásiívid. minőségi és mennyiségi elemzésével lehet a rekonsti-ukciót elvégezni. Nagy jelentőségű a földtörténeti újidő egyes időszakainak (példáiul a jégkoi-szíikok) növényzeti változíisainak lg<izolásár<u illetve megállapítására.

Az cvg>uniclcnizcs (dendrokronológia) a fatöi-zsek évgyűminek összehasonlító vizsgálatán alapuló konneghatározás. Az évezredek alatt kialakult évgyűrűk mintázata ugyanis az éghajlatváltozá* sokat tükrözik. A hosszú életű fák (például a mamutfenyők) törzseiből kivett vékony furatok évgyűrűmintázata összevethető máshonnan előkerült famaradványok évgyűrűmintázatával, és a mintázat egyezése alapján - mivel a mamutfenyő esetében pontosan tudjuk a koit - a minta kora is megállapítható. Több inint 6000 évre vissziunenőcn sikerült egy „évgyűiíínaptárt” készíteni. Ennek felhasználásával iiz utóbbi 6000 évből sz«tnniizó fatöi^smaradványok kora pontosan jneghati'uozhaló. Elsősorban a régészeti leletek koiinegállapítás<ínál használják.

ADAPTÍV ÉS NEM ADAPTÍV EVOLÚCIÓS FOLYAMATOK 191

O Az ugrásszerű evolúcióAz új fajok kialakulása últuhtban hosszú időt vesz igénybe. A fajkeletkezésnek azonban ugrásszem fonnája is van. Ilyen a kromoszómaszerelvény sokszorozódása, a |M)li|)loidi/ádó. így jöttek létre a ma termesztett búzafajok is.

A búzát feltehetően a Közel-Keleten kezdték először termeszteni, ahol vad fajtája ma is él. Ennek diploid kromoszómasziuna 14. Nagyon sovány talajokon még ma is termesztik. Terméseredményét azonban inár a 28 diploid kromoszómasziunú tönkebúza is felülmúlja. Észak-Afrika és Ázsia sok terülclcn tennesztik. Európában a 42 diploid kromoszómasziunú közönséges búza és az ősibb tön- kölybúza az elterjedt, amelyek még jobb terméseredményűek. Sőt, ina már létezik a búzíi és a rozs keresztezésével létrehozott 56 diploid kromoszómasziímú tritikálc nevű növény is, amely nevét a búzií (Triticum) és a rozs (Secale) tudományos nevének egyesítéséből kapta. Ezt a keresztezést iizonban nem követte terméshozi»m-növekedés.

A többszörös kroinos/ómaszcrdvciiyű lajok úgy jönnek létre, hogy nagy ritkán nem a kromoszómák fele kerül az ivarsejtbe, hanem az összes kromoszóma. Ez természetesen rendellenes sejtosztódást jelent, de ez a dupla kromoszómasziímú sejt életképességét nem érinti. Ha két ilyen ivarsejt termékenyíti meg egymást, akkor az utódban már vannak homológ kromoszómapárok, a kromoszómasziím pedig az eredetinek a kétszerese. A kétszeres kroinoszómasziímú egyed új fo jt jelent, hiszen a szüleihez hasonló egyedekkel már csak tennéketlen hibrideket alakíthat ki. A meg- növekedett kromoszómasziím sokszor nagyobb tennetű. erőteljesebb, nagyobb terméshoziimú növényeket eredményez. Egyes kutatók szerint a ma élő virágos növényfajok 50%-a poliploidiz«ícÍóval keletkezett. Az állatok e.setében a kromoszómaszerelvény többszöröződése nagyon ritka.

O Az evolúció közvetett bizonyítékaiNövény- cs állatröldraj/i bizonyítckok Az evolúció közvetett bizonyítékai közül a növény- és állat- földrajzi bizonyítékok a legrégebbiek. Azt már régen megfigyelték. hogy az eltérő élőhelyi adottságok miatt a Föld különböző területein más és más fajok élnek. Ugyanakkor az is kiderült, hogy sokszor az azonos ökológiai adott.ságú teiületek élővilága is eltérő, aszerint, hogy melyik kontinenst vizsgáljuk. Afrika, Dél-Amerika és Ázsia trópusi esőerdőiben eltérő fajok cinek, és különbözik például az Északi- és a Déli- sarkvidék állatvilága is. Az élőlények elterjedését tehát nein csiik kömyezeti igényeik határozz«ík meg. Néhány óceáni, főleg vulkanizmus.sal keletkezett szigeten egészen speciális fajok és nemzetségek maradtak fenn. A Galápagos-szígetcsopoiton Danvin is vizsgálódott. Az oltani ősi típusú gyíkok máshol nem élnek (191.i. úbrü). Őseik véletlenül kerülhettek ide a sz<í- razföldről. majd itt új fajokká, nemzetségekké fejlődtek. A kontinensvándorlás során gyakran szitkadtak el egymástól sziírazfoldi részek. A le^obb példa erre Ausztrália és Madagaszkár, ahol az állatvilág meglehetősen egyedi, mert korán elszakadtak a mai Eurázsiától, és az ott élő fajok evolúciója egyedi úton járt. Észak-Amerika és Eurázsia viszont sokáig kapcsolatban miu adt egymással. így a mai nagy lávols<tg ellenére növény* és állatviláguk igen hasonló. 191.1. Galiípagoszi viintcskosfejü gyík


Sxcrvc/.cttfini bi/onyítck<»k Például a fold alatt élő gerínces állatok szeme elcsökevényesedett. Alkotórészei inég iTíegvan- nak, de szerkezete úgy változott meg, hogy már nem eredményezhet megfelelő látást. A rovarok között is vannak szárnyas, de repülni netn tudó fajok, meil repülőizinaik redukálódtak, má>; rovarokban viszont az izmok még megvannak, de a szárnyak már nem.

\ f , (MÖkrc való vi.s.s%aülc.si‘k (alavíxniusok)Az atavizmus ősi jellegek váratlan felbukkanását jelenti. Példák: a hi'uomujjú ló, a hátsó végtaggal rendelkező bálna, a sűrű szőrzettel teljesen beborított emberi test, a nők szak<tllal fedett arca, vagy a kettőnél több női emlőbimbó kialakulása.

Alaktani bí/onvítckok •

A sejt felfedezése után az is kiderült, hogy minden élőlény sejtes szerkezetű, sőt a sejten belül is azonos a legtöbb sejtalkotó. A hoinológ és az analóg szervek felismerése (192.2. ábra) a közös őst, illetve iiz evolúció szeiA-. sőt szervezetátiiUikítófolyamatait bizonyítja. Minden .sejtben kromoszómák jelennek meg, ezek az öiökítőanyagok. A DNS felépítése minden élőlényben azonos jellegű, és azonos például a genetikai kód is, amely ráadásul olyan összetett, hogy a véletlen egybeesés teljesen kizárható.

Biokémiai bi/onyítckokPéldául a madarak farkcsíkmirigy-váladéka szűkebb rokonsági körben akár azonos is lehet. Biokémiai módszerrel igiizolták például a gyöngybaglyok különállását a bagolyalkatúakon belül, vagy <izt. hogy a kondorkeselyű nem a sólyomalkatúak közeli rokona, hanem a gólyáké.

192.1. Az élőlények egyedfejlődésük során iiKgis- inétlik őseik főbbem non áll s állapotait: hal (A), madár (B), emlős (O és ember (/))

<)

()

K

pterosiiuru

S tryce- íutops

i)

Llyranno->aui'

repülőv k 'ln x k l

novcnycvoélolMMÍd

rHKHd<>//>c lc ln x id

V l /J

ék‘lm<kl

denevér

oroiszlán j l V

ichlyo>;íUiU'

K

M

L

<)

<)

a madiír sz;imy

delfin

192.2. Homológ szervek («4) és analóg szervek ( l i )


MoickuláríK hiol(>gíai bí/.<>nyítck(>kA molekuláris biológíu eredményei lehetővé tették a különböző élőlényekben előforduló fehéijék és nukleinstivak szerkezetének összehasonlítását, és a kapott adatok alapján a rokonsági kapcsolatok fokának kiderítését. (193.1. áhni)

Génkettőződéssel alakulhatott ki például az emlősök kimotripszin és tripszin nevű fehérjebontö enziinje. E fehérjék ajninosav-tiulalm<ínak 40%-a ma is azonos. Génkettőződéssel alakulhatott ki számos hasonló szerkezetű honnon is. Tipikusan ilyen a gerincesek agyalapi mirigyének hátsó lebenyéből ürülő kétféle hormonja, az emlősök oxitocin és vazopresszin anyagai. Az utóbbiak. <ik<ücsak más gerinces állatok hasonló hatású agyalapi mirigyhormonjai, 9 aminosavból állnak, az 1. és a 6. aminosav között pedig mindegyik mirigyhonnonban diszulfidhíd van. A gerinces osztályon belül a felépítés legfeljebb I -2 aminosavban különbözik, leginkább a 4. és 8. aminosav helyén. Különösen nagy jelentőségű néhány általánosan előforduló anyagcsere-fehéije szerkezetének összehasonlító vizsgálata. Az egyik ilyen a citokróm-('. amely a tcnninális oxidáció egyik enzimje. A molekula a gerincesekben 104 aminosavból és heinből áll. Ezekben az állatokban az aminosavak mintegy hiumada azonos, megegyezik a hem helyzete is. Azonos rendben m»ir alig van eltérés a szerkezetben. Az emberi citokróm-C nem különbözik az embei'szabású majmok ilyen enzimjétől, az ember és a sz«u'vasmarha hasonló molekulái között viszont már 10 aminosavban van eltérés. Az ember és a ló enzimje12 aminosavban különbözik, teljesen azonos viszont a szai vasmarha, a sertés és a birka ilyen enzimje (mindhárom párosujjú patás). Vagyis minél régebben vált cl a két faj fejlődése egymástól, annál nagyobb a különbség, meil annál több eltérő eredményű mutáció ment végbe. A változások többsége egyúttal működésképtelenséget okoz, ezek kiselejteződnek, csak azon változiísok eredményei maradnak ineg, amelyek a működést nem befolyásolják

A citokróm-C-viz.sgálat kiteijeszthető a gerinctelenekre és a növényekre is. Az iidatokból kirajzolható aiit«kn)m-('-törzs(a (l9.V2.Hbra). Ilyen törzsfát az utóbbi évtizedekben számos másfehéije és nukleinsav alapján is felállítottak. Ezek a hagyományos rendszcilani és evolúciós vizsgálatokkal kirajzolódó töi-zsfiikkal jó egyezést mutatniik, sőt számos ponton fmomítottiik a rokoni kapcsolatok ismeretanyagát.

közös6s

622’

- í128 457

Y150

Y70

199'

pókmajom

bundennajom

a bázispárokban vak) p r é s e k szám a

orángután

gorilla

csimpánz

ember

( 3 )193.1. Néhány majomfaj ésazembcrglobin génjének 193.2. Egyes gerincesek cÍtokr6m-C fehcrjcjcnck törzsfája törzsfiíja


3 7 . A biotechnológia

KÖZKI>SZINTfj követelm ény:

O Ism ertesse a klón fogalmát.

© Ism ertessen néhány példát a genetikai technológia alkalm azására (inzulinterm elés, génátvitel haszonnövénybe, klónozott fajták a m ezőgazdaságban).

o Ism ertessen néhány, a géntechnológia m ellett és ellen felsorakoztatható érvet, álláspontot.

O A kión fogalmaA k lón régi magyar elnevezése sarjnem zedék, egyetlen egyedból ivartalan úton létrehozott utód. Az egyetlen szülőből szárm azó kiónok genetikailag egységesek.A növények klónozhatók diploid testi vagy haploid sejtekből is. A folyamat szövettenyésztésen alapul (m.i.ábra). A növényi szövetek tenyésztése az 1950-es években sikerült először, ma már mtineljárás. Lényege, hogy a kiindulási sejt falát eltávolítják, úgynevezett protoplasztot hoznak léire. A protoplaszt, mivel nincs sejtfala, osztódásnak indul. Az első osztódások eredm ényeként kapott sejtek elválaszthatók és további tenyésztésbe állíthatók be, m elynek végére az egyes sejtekből teljes növények fejlődnek, így egyetlen anyasejtből nagyszám ú, teljesen azonos m egjelenésű növény nyerhető.

Az állatok klónozása más módon valósítható meg. A folyam at elvi menete az, hogy egy megtermékenyített petesejtből kiemelik a sejtmagot, majd a helyére egy testi sejt sejtm agját ültetik be. Mivel ez a sejtm ag a sejtmagot adó szem ély összes genetikai inform ációját tartalmazza, a zigótából a donor (a sejtmagot adó szem ély) fog kifejlődni. A z állati klónozás legkiemelkedőbb eredményének számított (1997-ben) a skóciai Edinburgh-ban létrehozott Dolly birka ( i w . 2 .á b ra ) . az első klónozott gerinces állat.

Az elm últ évtizedben azonban bebizonyosodott, hogy az állatok klónozása (noha számos új klónállat született), legkevésbé sem egyszenl. Valam ennyi klónozott egyed betegen jö tt a világra (Dolly is, bár négy utódja lett). Dollyn igen korán olyan ízületi problém ák jelentkeztek, am elyek egyébként a 7 -8 éves birkákra jellemzőek. Tudjuk, hogy Dolly donorja 7 éves volt. M a m ár bizonyított, hogy a klón örökítőanyaga magával hozzá a donor élet-

194.1. Szövette nyészet

V-'

194.2. Dolly, <iz első klónozott gerinces állat

A BIOTECHNOLÓGIA 1 9 5

korát, ezért, noha a klónozott állat újszülöttként jön a világra, genetikailag a donor életkorával megegyező korú. M indez egészen más megvilágításba helyezi az em ber klónozásával kapcsolatos elképzeléseket is. Ezzel együtt az em ber klónozásának ma már csak etikai akadályai vannak.

O N éhány példa a g ene tika i te ch n o ló g ia a lka lm azásáraA gén techno lóg ia a b io technológia egyik ága. Eljárásainak lényege, hogy egy élőlény (ezt franszfiénikus élőlénynek nevezzük) genetikai állom ányába egy m ásik élőlény olyan génjét vagy génjeit ültetik át. amely jól hasznosítható az orvosi kutatásban, vagy különböző anyagok termeléséért felelős. A génbevitel molekulái is hordozókkal, úgynevezett vektorokkal történik. Példíuil transzgénikus baktériumokkal történik ma az inzulin nagyüzem i termelése. H asználnak azonban transzgénikus állatokat ís. Ezekben az esetekben leginkább vem hes állatok em lőm irigyeibe viszik be a transzgént. A módosított sejtek az em lő fejlődése során gyorsan elszaporodnak, és a kívánt terméket számos sejt fogja a tejbe kiválasztani, ahonnan az könnyen kinyerhető. Az orvosi kutatásokban is nagy jelentőségük van a különböző betegségekre fogékonnyá tett transzgénikus kísérleti állatoknak, főleg egereknek és patkányoknak. Az élelm iszeriparban enzim ek, vitaminok term eltetése folyik baktériumok segítségével. Nagy jelen tőségűek a transzgénikus baktériumokkiti folytatott hulladéklebontási kísérletek is.

O É rvek és e lle né rvek a gén te ch no ló g ia a lka lm azása m e lle tt, il le tv e e llen

A fenti esetek a géntechnológia alkalm azása melletti példáknak is felfoghatók. Azonban kom oly ellenéi'zés van a tápanyagokat adó transzgénikus élőlényekkel (ma még csak növényekről van szó) szemben (lys.i.ábra). Ennek az az oka, hogy a g én m an ípu lá lássa l elért term ésfokozás elvileg kedvező az em beriség szám<lra. Gyakorlatilag azonban egyre több a bizonyíték arra . hogy ezeknek a transzgénikus élőlényeknek a fogyasztása súlyos következm ényekkel járhat. Ezek oka alapvetően a génbeviteli technológ ia tökéletlen voltában keresendő. Egy gént ugyanis nem lehet bevinni, általában 20 000 nukleotidot m eghaladó nagyságú DNS-darabok beviteléről van szó. A génnrtanipulált élőlénybe tehát bekerülnek olyan gének is. am elyek nincsenek kontroll a la tt. Ezek a gének- és a tudatosan bevitt gén is - még ism eretlen kölcsönhatásokba keiülhetnek a transzgénikus növény saját génjeivel. O lyan fehérjék keletkezhetnek (és erre vannak kísérleti adatok), amelyek viselkedése eltérő a természetes fehérjéktől. Például a prionokhoz hasortlóan nem bontják a proteázok (fehérjebontó enzimek), ráad^tsul a sejtek aktív transzporttal felveszik őket. Az evolúció során kialakult természetes folyamatokba való beavatkozás ismeretlen veszélyek sokaságát rejti.

gyonitnosKT-loterancá

195.1. A gcntcchnológi.iviil módosított növények (ji módosítás lényege, a fajok)


3 8 . A bíoetíka


O Lássa a genetikai tanácsadás lehetőségeit, alkosson vélem ényt a szerepéről.

© Ism ertesse a hum ángenetika sajátos vizsgálati m ódszereit, a m ódszerek korlátúit (családfaelem zés, magzati diagnosztika), etikai megfontolásait.

e Lássa a biológiai alkalm asság (fittnes) és az emberi élet értéke közti különbséget.

O Ism ertesse a Humán Genom Program célját.

O A g en e tika i tanácsadás lehe tősége i

N apjainkban m ár az orvostudom ány és a genetika fejlődése lehetővé teszi, hogy terhesség esetén a genetikai kockázat m értéke elég pontosan m egbecsülhető legyen, sőt sokszor m egelőzésre is mód van.

Ha a családban öröklődő genetikai elváltozás vagy betegség fordult elő, akkor a várható kockázatot a genetikai tan ácsad ás segíthet felmérni. M inden ilyen esetben fokozottan ajánlott a tanácsadás felkeresése. A gyermek- vállalás egyik rettegett velejárója az öröklődő betegségek kialakulásától való félelem. T isztázható a veszély m értéke, a leendő szülők pedig m érlegelhetik azt, hogy vállalják-e gyermekük betegségének kockázatát. Mindez az egész népesség szintjén is je len tős m egelőző tevékenységnek számít (196.1. áhni). Ebben nyújthat segítséget a családfaelem zés. 196.1. Genetikai lanácsudás

O A hum ángene tika v izsg á la ti m ódsze re i

A családfa az elődök ábrázolására szolgál. Jól leolvasható róla egy, a családban jelenlévő veleszületett betegség vagy rendellene.sség nem zedékről nem zedékre történő m e^elenése . Elem zésével következtetni lehet a betegség ÖrÖklődésI módjára, arra, hogy dom inánsan vagy recesszíven öröklődik-e. nemhez kapcsolt-e, stb. A családfát nem zetközileg rögzített elvek szerint rajzolják meg. A féiTiakat négyzet, a nőket kör szimbolizálja. A házastársakat vízszintes vonal köti össze. A gyermekeket a házastársakat összekötő vonalból ágaztatják ki. Az esetleges vérrokoni kapcsolatokat dupla vonal jelzi. A beteg személyek szim bólum át besötétítik, a hordozókat félig sötétítik be. M indezt tanulm ányozhatjuk az ábrán, am ely az európai uralkodóházakban a véi'zékenység elterjedését m utatja (ir»7.2.ábra). Mivel A lbert egészséges volt. V iktória királynő feltételezhetően hordozó volt, hiszen Lipót fiuk vérzékeny lett. Hordozónak bizonyult kél leányuk. Aliz és Beatrix is.

A család genetikai előzményei ma m ár lehetővé teszik a m agzat m éhen belüli vizsgálatát is. Ez m ár nem valószínűséget tár fel, hanem konkrét tények birtokában dönthetnek a szülők

A BIOETIKA 1 9 7

197.1. A inagZiU ullnihangos vizsgáliita

a terhesség folytatásáról, vagy súlyos elváltozás esetén annak m egszakításáról. A vizsgálathoz kis mennyiségű m ag za tv íz szükséges, am elyet általában a terhesség 16. hetében, helyi érzéstelenítés után a hasfalon át beszúrt tűvel vesznek ki. A magzatvízben levő magzati sejtekből szám os öröklődő betegség kimutatható. Ha az elváltozás súlyos, akkor a terhesség a 20. hétig megszüntethető, és nem jön a világra súlyosan káiosodott magziit. A vizsgálat csak rendkívül ritka esetben okoz szövődm ényt a m agzat vagy az anya szám ára, valójában alig jelent kockázatot. A magzatvízvétel különösen ajánlatos súlyos öröklődő betegség gyanúja esetében.

M a m ár az u ltrah a n g o s v izsgálat is komoly segítséget je len t a betegségek felism erésében. (lyT.i.ábra)

A rra is m ód van. hogy a hasfalon át fényforrást és száloptikával összekötött miniatűi' tükröt juttassanak a m éhbe. amellyel pontosan m egtekinthetők a magzat egyes részei. így m egállapítható például a nyitott gerinc is, am ely rendkívül súlyos fejlődési rendellenesség.

M a m ár a zavartalan terhesség aktív elősegítése is megoldható. Ennek egyik tonnája a magzatvédő vitamin, illetve vitam inkom plex fogyasztása. A legfontosabb m agzatvédő vitamin a fol.sav, de hatásához megfelelő m ennyiségű B^-, B |2“ és C-vitam in, vas és cink is kell.

A m olekuláris biológia és az orvostudom ány utóbbi év tizedekben végbem ent fejlődése a genetikai betegségek m egelőzésében régebben csak x'ágyott lehetőségeket tett realitássá. Elég. ha csak a m esterséges m eg term é k en y íté sre , a lom bikbébiprogram ra vagy a gének m esterséges m egváltoztatásának egyre bővülő lehető.sé- geire gondolunk <197.2. ábra). A g é n te rá p ia és a génsebészet távlatai ma még szinte felm érhetetlenek. A fejlődés azonban nem csak eddig nem .sejtett távlatokat nyit. hanem a szakmai problém ákon túl, alapvető etikai, sőt filozófiai problémákat is felvet. M ár az emberi ufód nemének tudatos befolyásolása, az ikerierhesséfíek mesterséges kialakítása is sok vitára adhat alkalmat, az utóbbi időben realitássá vált em beri klónozós]q\q\\- tősége pedig már túlmutat a szaktudomanyon. Ez az utóbbi lehetőség egyértelművé tette, hogy a kutatások bizonyos területein csak nem zetközi egyezség után szabad továbbhaladni, mert félő. hogy a tudomány és az üzleti érdek összekapcsolódása félresöpöi+ieti az etikai megfontolásokat. sőt az em beriség lényegét és létét is veszélyeztetheti.

y/

197.2. A pctcscjr mcgtcnnckcnyír6ic

O A b io ló g ia i a lka lm a ssá g és az e m b e ri é le t értéke

G yakran hallani olyan véleményeket, hogy a korábbi évtizedekhez képest nőtt a fenilketo- núriás. a lisztérzékeny vagy éppen a tejcukoréi*zékeny újszülöttek szám a. Ez valójában így is


van, szignifikánsan (biztos, hogy nem véletlen okok miatt) kimutatható, hogy az ilyen betegek száma magasabb. Ennek oka is egyéitel mű. Régebben is előfordultak az ezeket a betegségeket eredm ényező enzim hibákkal születő újszülöttek, azonban ők igen fiatalon (esetenként már csecsem őkorban) meghaltak. M a m ár ism erjük a betegség okát. azt is tudjuk, hogy az ilyen betegséggel hogyan lehet együtt élni. A hibás, m utáns alléi tehát nem tttnik e l a populáicióhóly hanem az aránya e^yre növekszik, hiszen a betegeknek is lesznek később utódaik, akik a hibás gént ú jra továbbadják.

A fejlett otyosttuhrniány a tennészetes szelekció ellen dolffozik, é s így van ez rendjén. Az orvostudom ány feladata a betegek meggyógyítása, a gyógyíthatatlan betegségben szenvedőket pedig képessé kell tenni a betegséggel való együttélésre. Az em ber társadalm i lénnyé válásával a biológiai alkalmas.ság kérdése soha. egyetlen betegség kapcsán sem m erülhet fel. össze sem vethető egyetlen emberi é le t értékével sem.

O A H um án Genom P rogram

A H u m án G enom P ro g ram célja a teljes emberi génkészlet nukleotidsorrendjének meghatározása volt. A kutatássorozat 1989-ben kezdődött, és 2003-ra sikeiült a bázissorend m egism erése. K ideilill. hogy közel 3.2 milliárd nukleotidból áll. ezek sonend jé t sikerült feltárni. Ennél sokkal többet azonban a mai napig m ég nem tudunk. Csupán becsülni lehet a gének számát is, ez 4 0 CKX) körüli, ami a teljes genom nak csupán 4% -a. A gének csupán töredékéről tudjuk, hogy hol kezdődnek és hol érnek véget, a biológiai működésükről pedig szinte semm it nem tudunk. A 99% „m aradék” működése sem ism éit, érdekesség; hogy szám os helyen, hosszú szakaszok ism étlődnek benne. A program több intézetben is folyik, és rem éljük, rövid időn belül sok mindenre fény deiiil az em ber génkészletével és az egyes részek működésével kapcsolatosan. (1VK.1. áhru)

I!11

I I

I I■ ■

!!■ ■

10 11 12

S S S S S S

13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Y X X

198.1. Az emberi genom v/tzhitos lajzit

A PREBIOLÓGIAI EVOLÚCIÓ 1 9 9

3 9 . A prebíológiai evolúció


O Tudja, hogy a biológiai evolúciót fizikai és kémiai evolúció előzte meg.

o Ism ertesse az élőlények anyagainak kialakulására vonatkozó elm életeket.


© Indokolja az élő sejt kialakulásához vezető lehetséges lépéseket.

O Ism ertesse M iller [miller] kísérletét és annak jelentőségét. Értse, hogy a szerves anyagok kialakulása nem Jelenti autom atikusan az élő rendszer kialakulását.

O A f iz ik a i és a kém ia i evo lúc ió

Ism ereteink szerint az univerzum ot alko tó részec.'íkék mintegy 15-10 milliárd éve az ősro b b a n á s t követően jö ttek létre. A m ásodperc tö rt része alatt alakultak ki az elem i részecskék. melyek protonokká és neutronokká majd atom okká egyesültek. Előbb a kis rendszámúd majd a nagyobb, atom ok és m olekulák jö ttek létre. A növekvő töm egű anyagi részecskék galaxisokká rendeződtek. Bennük csillagok, bolygók alakultak ki. E változások (a m olekulák képződésétől eltek in tve) fizikaiak, azaz az ősrobbanást követő nagyon rövid időszakban fizikai evolúció zajlo tt le.

Az ahiofjén életkeletkezés elmélete szerint ezt a Földünkön egy kém iai evolúció követte.Az új m olekulák kialakulásához a szükséges anyagokat az őslégkör és az ősóceán, míg az energiát a magas UV sugárzás és a gyakori viharok villámai együtt biztosították, m elyek az őslégkör molekuláiból gyököket alakítottak ki. Ezek könnyen reagálhattak egym ással, így szám os különböző szervetlen és szerves m olekula alakulhatott ki. Ezek egy része kism olekulájú, vízhen oldható szetves m olekula (karbam id, am inosav, aldehid) volt. (iw.i.ábm)

' kvark* korszak10^

leHúvó<Jásszakasza

i(r«$

^ ósrobbaftis

199.1. A z univerzu in „ lö itén e te"

O O parin e lm é le te

Régóta ismert jelenség, hogy a biológiai szempontból fontos óríásm olekulák (kem ényítő, fehérjék) felszínén töltések vannak. így azok oldatban a vízm olekulák rendezett elhelyezkedé-


makromolekula \

koacervátum. hidratált makromolekula

200.1. A koacci'vátumok kiiilakulilsa

sét okozzák. Az is ismert jelenség, hogy o ldatban az oriásm olekulák egym ással is kapcso la tba lépnek, különböző m éretű ha lm azokba römöríHnek. Hhr»)

Ha például album in (ez egy vérben is előforduló fehérje) és gum iarábikum (ez egy Acacia nem zetség fáiból kivonható m ézga- szeru, vízben rosszul oldódó növényi anyag- csereteim ék) oldatokat kevernek össze, akkor m ikroszkopikus méretű cseppecskéket kapnak. A z oldatot k o ace rv á tu m n ak . a je lenséget pedig k o acerv ác ió n ak nevezik.

O psirín a koacenációt az élet felé vezető folyamat egyik lépésének tailotta. Mesterségesen, de élő sejtből kivett nukleinsavakból és fehéijékből előállított koacervátum ai felvették az o ldatba adott foszforiláz enzimet, majd a glükóz-1-foszfát-molekulákat is, ezekből az enzim ha- tásái a kem ényítő alakult ki, a foszforsav pedig visszajutott az oldatba. A cseppek mérete egyre növekedett, majd kél vagy több cseppre váltak szét. M indez bizonyos sejtmúh'klések (táplálkozás, növekedés, szaporodás) nuKleliezését

A ke m o ton e lm é le t

Az élet keletkezésének sokak szerint legelfogadottabb elmélete a m agyar Gánfi Tibor nevéhez fűződik. Ez a kem otonelm élet. A kem otonok olyan kémiai re/ulszerek. amelyek megfelelnek az életkritérium oknak, így akár élőlényeknek is tekinthetők. Mivel képződésük megfelelő kö-

CHEMOTON

Önmagát ÚJRATERMELŐ kémiai rendszer

KémiaiELHATÁROLÓ

rendszer

KémiaiINFORMÁCIÓS

rendszer

/

i V .

1 \N

\\\X

3 — ^

ri

/V ,

//

/

l

p v . pv,v« pv,—

r

\\\

/ A; az újratefmelö ^ anyagcsere-íolyam at

/ pV; a genetikai infomiációs rendszer

T: az elhatárotó membránrendszer

200.2. A keinotoninodell


rülm ények között (a feltételezett ősi viszonyok közepette is) könnyen bekövetkezik, az első élőlények kemotonszeiaí lények lehettek. A kennotonokat hííiom olyan kémiai rendszer építi fel, am elyek kapcsolatban vannak egym ással (2oo.2. áhra). Az egyik egy a u to k a ta lit ik u s k ö rfo ly am at, am ely a környezetéből felvett kémiai anyagokkal önm agát m egsokszorozni képes, működése közben azonban melléktermékek is keletkeznek. A második kémiai rendszei' n u k le ín sav ak h ó i áll, ezeknek kapcsolattartó, és így irányító működés ju t, végül a harmadik pedig egy környezetétől a kemotont elválasztó, egyben vele össze is kötő ,4^ártyarendszer am ely am fipatikiis molekulákból áll.

(A biogénelm élet lásd. 4. pont)

Az é lő rendszerek je llem ző i

Egy régebbi meghatározás szerint élő az a rendszer, am ely é letje lenségeket mutat. Korszerű m egközelítésben az élethez az é le tk r ité r iu m o k egységes megléte szükséges.

O Az első élő rendszerekAz ciso ősi sejtek: felépítésük és működésük még a ma élő l)okléríuinokmtl is egyszerűhh lehetett. Csupán nukleinsav és fehérje felépítésére lehettek képesek, amelyekhez az ősóceánból vehették fel a szükséges szei'ves anyagokat. A szerves anyagok az UV sugárziís hatásaim folyamatosan keletkeztek szervetlen anyagokból. Az UV sugárzás azonban a vizet is bontotta, a keletkező oxigénmolekulákból pedig ózon keletkezett, amely viszont megakadályozta az UV sugiírziís földfelszínre jutását, így az egyre növekvő ózonpajzs lassan megszüntette a szerves molekulák abiogén úton való keletkezésének feltételeit. Az ősóceánban rendelkezésre álló szerves anyag így egyre c.sökkent. Feltételezhető tehát, hogy a romló helyzet miatt alakulhatott ki az őssejtekben a cukorerjesziésnek a képessége mint energiatermelő folyamat. Nyilván más megoldások is kialakulhattak, de azok - ha voltak - nem maradtak fenn. A cukoreijesztés csak átmeneti megoldilst jelenlhelelt, hiszen alapanyagiu a cukor is egyre kevesebb lett. Ezért alakulhatott ki némelyik őssejtben a hatékonyabb energianyerő megoldás, a napfényenergUi megkötésének képessége.

A fény megkötését végrehajtó pigmentek kialakuhlsa a fotoszintézis megjelenésének csak az egyik tényezője \'olt. A másik megoldandó feladat a szén-Jioxid redukciója lett, amelyet redukáló hatású szerves vegyületekkel, kén-hidrogénnel vagy fotolízis által létrehozott hidrogénekkel (ammóniából, vízből) lehetett megoldani. Végül az oxigcntcrnu’lo fbloszintczis vált a legproduktívabbá, feltehetően 2,5-3 milliárd éve alakulhatott ki a legősibb kékbaktériumokban.

Ez iiz új folyamat hatalmas jelentőségű volt. meil alapanyagai (napfény, víz. szén-dioxid) bőségesen és folyamatosan rendelkezésre álltak. A szerves vegyületek nitrogénigényét főleg ammóniából és ciánvegyületekből lehetett fedezni. Ezek azonban lassan elfogytak. így néhány ősi baktérium és kékmosziit elemi nitrogénmegkötő-képessége került előtérbe. Egy idő múltán azonban az oxigén kezdett a légkörben felhalmozódni. Ez nagy veszélyt jelentett, hiszen az élet redukáló légkörben jött lére, az oxigén mérgezi volt, meil a szerves vegyületeket tönkretette. így az ősi sejtek csak oxigéntől elz<íi1 helyen vagy aembbá alakulva maradhattak fenn. Feltehető, hogy az utóbbi folyamat már az oxi- géntermelő fotoszintézis kialakulása előtt létrejött, és így a légköri oxigéntailalom fokozódásakor <tz aerob sejtek elsz iporodhattak

Az acrob sejtek kialakulását követően nemcsak a legproduktívabb energiafelsz<ibadítás, a bio- hSgiai oxidáció jelent meg, hanem cgyútlal - a légköri oxigén, és így az ózontailalom növekedésével- fokozódott az UV sugárzás szűrése is. Ez viszont kiszélesítette az élet lehetőségeit, hiszen már


neinchuk HZ5-I0 méter mélységű tengervízben miuadhattak fenn a sejtek, hanem a felszínhez egyre közelebbi vízrétegekben is. A vékonyabb víziéteg egyúttul több fényt is jelentett, ami nagyinéitékben fokozta a fotoszintézis intenzitását, és ezzel tovább növelte a légkörbe jutó oxigén mennyiségét.

Az élet kialakulása után mintegy 2 milliárd évig csakis prokaríóták élhettek. Fejlődés azonban ekkor is volt, hiszen a sejtek többféle típusa jött létre. Kialakultak nagyobb méretű, képlékeny, bekebelezésre is alkalmas .sejtek, létrejöttek aktív helyváltoztatást végző, mozgékony, fonalszerű baktéi'iumok, megjelentek sejtlégzésre képes baktériumok, és kialakultak az első autotróf kckbak- tcríuniok is.

E négyféle sejttípusból jöhettek létre az első cukarlóta sejtek mintegy 1,5 milliárd évvel ezelőtt. Ezek a sejtek az előbbi típusok kombinációjaként jelentek meg. Az első lépés a képlékeny sejtek <Ms/x.*olvadá.sával mehetett végbe, aini esetleg a sejt memhránremlszeremeky így a sejtmagmembrán kialakulásához is vezethetett. Ilyen lehetett az első ősi eukarióta sejt, amely talán még anaerob volt. Amikor nagyobb méretűek is kialakultak, bekebelezhettek kisebb prokarióta sejteket, amelyeket esetleg nem mindig pusztítottak el. Ilyen jelenség a ma élő egysejtűekben (például papucsállatka, benne zöldmoszat) is gyjikori. A bekebelezett sejtek és a nagy eukiuióta sejt együttélése szimbiózis.

A fonalas baktériumok felvétele mozgásképes.séget, az aerob baktériumok felvétele pedig a sejtlégzést tette lehetővé, ezzel párhuzamosan oxigéntűrés jöhetett létre, majd a felszíni vizekben élő kékmoszatok bekebelezésével kialakulhatott <iz ősi eukarióta sejt foloszinlelizáló képessége. Ezt az utóbbi lépést azonban csak egyes sejtek tették meg, mégpedig a növényvilág ősei.

Az ősi aerob baktériumok és az ősi kékbaktériumok ősi eukarióta .sejtbe kerülése a milokond’ riuimfk és a sztnieslek kialakulásához vezethetett.

O A szerves molekulák abiogén úton történő keletkezésének lehetőségeiMiller 1953-as kísérleteiben bizonyította először, hogy az őslégkör akkori viszonyai mellett valóban létrejöhettek egyszem szerves vegyületek. Egy lombikban vizet forralt, majd a vízgőzt egy vízzel félig megtöltött másik nagy lombikba vezette, amelyben olyan összetételű gázelegy volt, amely megfelelt a Ősi légkör feltételezett összetételének ábra). A vízgőzön (H,0) kívül elsősorban különböző

S

az első élő sejt \

^ az etső fotoszintézis vi2t)0fitassdl

^azeukahóia fdoszintetizáló

sejt megjelenése

k)ö (mMrd év)

202.1. A levegő oxigénszintjének változitsa


hidiogcnvcgyülelek voltak benne, metán íCHj), ammónia (NH^), kén-hidrogén (H,S). A gáz* elcgyl>en elektmmos kisülések sorozatait hozta létre, ezzel utánozta az őslégkörben zajló feltételezett zivatarokat. A gázt hűtőn keresztül visszavezette a vizet tartalmazó lombikba. Az elektromos kisülések (energiaforrásul szolgáltak) hatásiíni a giízok reakciókba léptek egymással, és a kíséHet két hete során sziimos különböző szerves molekula jött létre, amelyek részben a hűtő hatására kondenziílódott vízből, részben az eredeti víztartalmú lombikból kimutathatók voltak. Az clcgybcn egyszerű aldehidek, alkoholok, szerves savak voltak, sőt aminosavak is keletkeztek.

Később sziímos más hasonló kísérletet is elvégezlek, és kidemlt, hogy a/t*ncnyaforrás (JV síigár'/ás is lehet. A keletkező vegyületek között nemcsak aminosavak. hanem nukleinbázisok és szénhidrátok is voltak. A vizsgálatok kiderítették, hogy a kiindulási gázokból először ciánhidrogén (HCN). majd dicián (C2N2) és aldehidek (R-CHO) keletkeznek, ezekből jönnek létre az «uninosav<ik és a szénhidrátok (203.2. ábra).

Hasonló módon alakulhattak ki a nukleotídok (így az ATP is), majd a nukleinsavak. A polimc- rizálódils energiaforrása szintén elektromos kisülés vagy UV sugárzás lehetett. I960»ban ami* nosaviik por állapotú keverékét 130-150 ®C-ra hevítették. így kondenzációs reakciók útján fe* hérjeszerű anyag jött létre. Ilyen magas hőmérséklet az ősi Földön csak vulkánok közelében lehetett. Később kiderült, ha poHfoszfátot adnak az am inosavporhoz. akkor már 60 * C-on \’égbe- megy a kondenziíció. Ekkora hőmérséklet pedig az ősóceánban is rendelkezésre állhatott.

Más kutatók bebizonyítottiik, hogy a polime- rlz;íciö alacsony (akár 2 1 ®C), vagy akár nonnál hőmérsékleten is végbemegy, csupán az oldat töménységét kell fokozni. Mások a norinál hő* mérsékleten végbemenő polimerizációt igazolták agyagásványok mint katalizátorok felhasználásával. Az ásványok réteges szerkezete segítheti elő a szintézis alapanyagainak felhalmozódásiit.

Az ősóceán és az őslégkör feltételezett kőiül* ményei között tehát létrejöhettek azok a szerves anyagok, amelyek további szerveződése azélő anyag kialakulásához vezethetett.

vízgőz

minta

.őslégkör* H2O. CH4. NH3.

N2.H2

vfzíorralö

.csapadék

.ösöcedn

203.1. M iller kísérlete

a lecsapódd vízgőz 'szerves vegytíletekkel;

tejsav. hangyasav. ecetsav. Qicín. alanin. kart>amíd...

ionoilo AsaimositéfakojmkussuQarzisi \

l \Nap

U Vsugirjasl l r HH. /> CH4

\ \\ » I \ ■ ! ; ' t v

meteomok**•

vilámtts

H• / \ H - C - H H H

IH

HMfrwarvtt^s«t*ntuk

l-Utinilibimt. H -H mbMtWodo

tnnttnfyMM

H H H H H\ / I I , /C « C H - C - C - H fO -C/ \ I I ' \

H H H H H

HjOaminosavak purin pihR iiiin cukrok

X \ 1 / ^abiog«fl szerves anyag

ipidek

2.makre-m ilitu ttt

203.2. A z őslégkör változásui


4 0 . Az ember evolúciója


O Tudja összehasonlítani az em berszabású majmok és az em ber vonásait.

O Ism ertesse, hogy egy töredékes koponyából következtetéseket lehet levonni az adott em berelőd tulajdonságairól.

O Értse, hogy az em ber evolúciója során kialakult nagyrasszok értékű kben nem különböznek egym ástól; a biológiai és a kulturális örökség az em beriség közös kincse.


O Ism ertesse a korai em beifélék és a Hom o nem zetség evolúciójának főbb lépéseire vonatkozó elképzeléseket.

4 0 0 -5 0 0 cm^

O Az em berszabású m a jm ok és az em ber a na tó m ia i összevetése

Az em ber ag y té rfo g a ta átlagosan 1350 cm-^, a csimpánzoké 400-500 cm- . Az em ber honi- lokeresze gyakorlatilag hiányzik, az em ber- szabású majmoké kissé erőteljesebb. A z em ber állcsúcsa kifejezett. A koponya rögzítése az embernél stabilabb, meit iiz öreglyuk előbbre került. Az em berszabású majmok g e rin c o szlopa ívesen görbült, az em beré a két lábra állás következtében kettős „S” görbületet mutat. Az em ber m edencéje szélesebb, az em berszabású majmoké keskenyebb. Az em ber fa ro k csig o ly á in ak száma 3 -5 . az em berszabású majmoké 5-8 . Az em ber lábfeje, lábujjai a fogást nem teszik lehetővé (2 « 4 .i .á b i-a > .

Az em berszabású m ajm ok és az em ber k ro m o szó m áik szám ában alig különböznek.Az em berszabású majmoknak 24 pár krom oszóm ájuk van. felépítésük egyébként az em ber 23 pár kromoszómájához nagyon hasonló.Az emberszabású majmok vérében ugyanazokat a vércsoportanyagokat találjuk m eg. am elyek a z em ber vérében is m egtalálhatók .Az egyes v ércso p o rtan y ag o k fajonkénti e loszlása viszont különböző. (A csim pánzban csak a í) és az A. a gorillában ugyancsak a 0 és az A, az orangutánban pedig a z A, a B és az A B van meg.)

fé lig felegyencNcdett testtailás

fogóhib

1 3 5 0 -1 4 5 0 cm^

egyenes testtartíLs

ÚIMláb

204.1. A csimpánz cs uz cinbcr (cstfelcpítéscnek összc- hasotilításii

AZ EMBER EVOLÚCIÓJA 2 0 5

O Egy koponya re ko n s tru kc ió ja tö red é kb ő l

Egy k o p o n y a tö redékébő l is (szeiencsés esetben) rekonstnaálható a teljes koponya, sót a fej form ája, alakja is. A koponyának ugyanis számos an tro p o ló g ia i m éro |>ontja van, az agykoponyán 10 alapvető, az arckoponyán 7 1 alapvető m éropont található. Ezek szim m etriaviszonyai, egym áshoz viszonyított helyzete, mérete, iuányai stb. a szakembeiek számára lehetőséget terem tenek a kop o n y a re k o n s tru á lá sá ra . Például a koponya felületéből, az izmok tapadási helyéből, az izmok elhelyezkedése, erőssége ugyancsak rekonstruálható.

O Az e m b e ri nagyrasszok

Az eltérő környezeti viszonyok miatt az egységes Homo sapiens fajon belül csopoitok. nagyrasszok jö ttek létre.

Az eu ro p id nagyrassz mintegy 500 éve intenzíven teljed az egész Földön. Többféle típusa (északi, m editerrán. alpi, dinári stb.) Európa, Eszakkelet-A m erika. Elő- Ázsia, a Közel-Kelet (Irán. A fganisztán stb.) és India terü le tén él a legnagyobb .számban. K özép-A zsiában a mongolid. Afrikában a negrid felé átmeneti típusok alakultak ki. V ilágos színkom plexió (alig pigm entált bőr, szőkésbarna haj stb.). dús testszőrzet {szakáll, bajusz), egyenes haj jellem zi.

A m ongolid nagyrassz alc.sopoiljai (turkok, mongo- lók, tibetiek, malájok stb.) Kelet-A zsiában élnek. Közéjük taitoznak az e.szkimók és az amei ikai indiánok is.E rősebb pigm entáltság (sárgás, barnás bőrszín), sötétés egyenes haj, illetve gyengébb testszőrzet je llem ző rájuk. .íellegzetességük a szemzugban kialakuló mongolredő.

A negrid nagyrassz egyedei Afrikában a Szaharától. Szomáliától és Etiópiától délre élnek. Sokféle csoportjuk van: a nilóták (ashanti, hausa, ibo .stb.), a bantuk (lam ba. tutsi. luba stb.), a pigm eusok és a khoisanok (busm anok, hottentották). Sötét bőrszín, fekete, göndör haj, csekély testszőrzet jellem ző rájuk.

Az au sz tra lid o k o n (Hom o sapiens australasicus) kívül az észak-japáni ainuk, az indiai és Srí Lanka-i veddák is ősi kaukazoid csoportok. Hasonlóak a m elanéziaiak (Uj-Guinea, F idzsi-szigetek), a „negritók” (Fülöp-szigetek. M alajzia stb.) és a polinézek (Hawaii, Uj- Zéland, Szamoa stb.) is. Utóbbiakon a nnongoloid hatás is észrevehető. Bőiük sötét, testszői-ze- tük dús. hajuk göndör, .sötét. (205.i.ái>ra)

205.1. Embcrfajli'ik: europid (/\). mongolid {B). negrid (O. veddo-iiuszlralid (/))

O A korai emberfélék evolúciójaA twinUTsök evolúciója mintegy 70 milliö évvel ezelőtt vehette kezdetét, és mai ismereteink alapján <tz emberszabású majmok és az ember evolúciója hosszú ideig együtt haladt. A szétválás mintegy 25 millió évvel ezelőtt kezdődhetett meg. Az ekkor élő Dryopithccus-félék (magyar nevük tölgymajom) (206.1. ábra) között leheteti az a közös ős, amely már nemcsíik a fákon élt. hanem foldönjáróélet-


módot is folytatott. A legrégebbi Dryopithccus-leletek Afrikából származnak. A leletek uzonban azt bizonyítják, hogy később kiviindoroltak Afrikából, és eljutottak Eurázsia melegebb éghajlatú területeire is. Mivel kevésbé voltak specializ*íló- dottak. az evolúció során tovább fejlődhettek, ősi típusaikból vezethető le a KHniapíthei'iis típus, amely még nem emberféle, „csak” egy ősi emberszabású majom. 1967-ben haziínk- ban is talált<tk olyan leletet Rudiibányán. «tmely a Dryopithe- cusok rokonsági körébe tartozott. Azóta újabb leletek kerültek elő onnan, eddig közel 200 inajomfog és csont vált ismertté, ez a mennyiség több, mint amennyit Európa többi hasonló lelőhelyein összesen találtak.

A mdabányai majom, a RiidHpiUicTUs hungaricus testtömege 25 -27 kilogramm, testmagassiíga 120-130 cm. agytérfogata 300-340 cm- lehetett.

206.1. A Diyopithccus és a fogaziita

A Homo nemzetség evolúciójának főbb állomásaiA legújabb kutatási erdmények alapján az első embeifélék mintegy 7 millió évvel ezelőtt alakultak ki. Legrégebbi képviselőik az AustralopíUiecusok (206.2 . áhni) voltak. Elnevezésük megtévesztő (nincs közük Ausztráliához), meil a név magyaivl ..déÜ majmot” jelent. A m<uadványokbóI többféle Austrcilopithecus típust különítettek el. Közülük az egyik forma 12 0 -130 cm magas, 20-30 kg testtömegű, 400 cm agy• télfogatú volt, de már felegyenesedve jiírt. Egy másik alakkör nagyobb képviselői nagyobb tennetűek voltak, 140-150 cm magasak. 40-60 kg tömegűek. és mintegy 500 cm agytérfogattal rendelkeztek.

Valószínűleg a korai Australopithecusokból vált ki az első valódi ember, az „ügyes ember”, a Homo habilis (206J. Ugyanakkor az Australopithecus vonal tovább élt, sőt az eszközhasználatig is eljutott, és mintegy másfél millió évvel ezelőtt halt ki. Az AustralopÍthecu.sok tehát nem voltak közvetlen emberelődök, csak egy mellékágat jelentettek az em- beifélck evolúciójában. Jelentőségük mégis nagy. mert bizonyítékul szolgálnak iura, hogy <tz emberié válás nem egyedüli, véletlen esemény volt. hanem egy többágú folymnat eredménye. Tehát az ember evolúciójára is érvényesek azok a törvényszerűségek, amelyek az egész élővilág evolúcióját irányítják. A Homo habilis agytéifogata 800 cm- körül lehetett. Életmódjában lényeges változás volt, hogy gyűjtögetett, és pricnitív „kavicsszersziímokat” használt. Fogazata alapján megállapítható, hogy a növény- és gyümölcsevés mellett rendszeres húsfogyasztó volt. A gyűjtögetés és a vadászat kombinálódása a társas kapcsolatok nagymértékű fejlődését hozhatta, és ez az emberi lét meghatározó jellegzetességévé válhatott.

206.2. Az Australopithecus

206.3. A z „ügyes ember” (Hoino habilis)

AZ EMBER EVOLÚCIÓJA 2 0 7

Feltételezhetően ennek <iz embercsopoi tniik a továbbfejlődésével alakult ki a tnai ember közvetlen elődje, a felegyenesedett ember, a Ilonio ercclus <207.1. ábra). Mintegy egymillió éves leleteit Afrikában (Kenya, Tanzánia stb). Ázsiában (Peking környékén, Jáva szigetén slb.) és Európában is inegtiiláltiík. ami életrevalóságát és nagyfokú alkalmazkodóképességét bizonyítja. A késői Homo erectusok közé sorolható a hazai, vcrlcsszőllősi ciiibcr maradványa is. Mintegy 300 OOO évvel ezelőtt élhetett. Agytérfogata 1300 cm kőiül lehetett, homloka lapos volt, szemöldöke fölött egy csonttiuaj- jal. a homlokeresszel. Lelőhelyén kőeszközöket, tűznyomokat és z.sákmányállat-maradványokat is találtuk.

Az emberi evolúció fiatalabb, a Homo emctusokból kialakult típusainak a korai Homo sapiensek (éitelmes ember) mintegy 300 000-100 000 éves leletein már egyre jobban megfigyelhetők a további fejlődés jelei. Ennek ellenére még sziímos jegyben eltérnek a később kialakult fonniíktól. Agykoponyájuk egyre nagyobb térfogatú, de hosNzúkásabb fonniíjú, megvan a homlokeresz, a inai embene jellemző áUcsiics viszont hiányzik. Végtagjaik erőteljesebbek, vaskosabbak. A koixii sapiensek legismertebb leletei a nemctorsziígi Nean- üervölgybőf valók. A Ncandcr-völgyi cMiiher (207.2. ábra) 155 cm magas, előrehajolt testaitású. rövid, vaskos lábú ember volt. Agykoponyájának űrtaitalma elérte az 1500 cm-’ -t. Hordákban élt, az időjárás viszontagsiígai elől barlangokba húzódott, jól kidolgozott kőeszközöket használt. Csoportosan vadászott, sőt a zsákmány elejtése érdekében venneket ásott. A horda tagjai primitív beszéddel kommunikáltak is egymással. Ebből az időszakból is ismerünk haziii lelctegyütteseket. a Bükk hegységben az istállós-kői barlang, a Suba-lyuk, a vSzeleta-barlang egyanínt általuk lakott volt. A Szeleta-bm- langbun talált elszenesedett famaradványokból azt is meg lehetett állapítani, milyen fából aiktak tüzet a biu hmg bejáratánál.

A jégkoiNzak idején élő emberelőd miu' lényegét tekintve nem különbözött a mai Homo sapienstől. Agytérfogata meghaladta az 1500 cm- -t, magits tennetű, állcsúccsal rendelkező. homlokeresz nélküli ember volt. Finoman megmunkált csont-, fa- és kőeszközöket készített. vadá.szott és halászott, vegyes táplálékon élt. Kultúrája fejlett volt. tagolt beszéddel érintkezett társaival. Eltemette halottait. barlangrajzokat és szobrocskákat készített. Legismertebb leletei alapján cro- ma}>ii<>ni (kromanyoní) embernek (2073. ábra) nevezzük. A crő-magnoni típusú emberek utódai jelentős kulturális fejlődés után mintegy 12 ezer évvel ezelőtt alakították ki az első mezőgazdasági tevékenységre épülő településeiket a Perzsa- öböl mentén, a Földközi-tenger vidékén, Kelet-Afrlkában a Nílus völgyében, de Új-Guineában és sok más helyen is.

207.1. A „felegyenesedett ember” (Hotno erectus)

207.2. A Nciinder-völgyi ember

207.3. A bölcseinber crő-magnoni típusa

Kiadja a Moz úk Kiadó, 6723 Szeged, Debreceni w. 3/B. • Telefon: (62) 470»I0I, 554*664 Drótposta: kÍado@inozaÍk.info.hu • Honlap: www.inozaik.ínfo.hu • Felelős kiadó: Töiök Zoltiín Készült a Dürer Nyomda Kfl.*bcn, Gyulán • Felelős vezető: Kovács János Terjedelem: 18,98 (A/5) nyomdai ív • 2012. június ♦ Tömeg: 380 g • Riiktiüi sziún: MS-3156

Biológia érettségizőknek 2.

Documents

Transcript of Biológia érettségizőknek 2.