Almenn líffræði_MA_haust2023

Til þess að vera skilgreind sem lífvera þurfa einstaklingar að uppfylla ákveðin skilyrði og því eru ákveðin atriði sem allar lífverur eiga sameiginlegt. Allar lífverur eru myndaðar úr frumum, ýmist einni, einfrumungar, eða fleirum, fjölfrumungar. Manneskjur eru t.a.m. myndaðar úr um hundrað billjón (1014) frumum. Lífverur verða að geta aflað sér orku, annaðhvort með því að éta fæðu (ófrumbjargalífverur) eða stunda ljóstillífun (frumbjargalífverur). Jafnframt er nauðsynlegt að lífverurnar geti nýtt orkuna sem þær verða sér úti, það gera þær ýmist frumuöndun/bruna eða gerjun (nánar fjallað um í 3.kafla). Ekki er nóg að geta aflað sér orku og nýtt hana. Nauðsynlegur fylgifiskur þess er úrgangslosun eða útskil á afurðum efnaskipta. Þá verða lífverur verða að geta viðhaldið tegund sinni og átt afkvæmi með því að æxlast. Líkamar þeirra verða að búa yfir viðleitni til að halda jafnvægi á innri og ytri líkamsstarfsemi (samvægi) og þær verða að geta brugðist við áreiti úr umhverfi sínu (áreiti og andsvar).

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/0gnkTqT1THWHt_SygknTAQ.jpeg?width=540&height=530

Mynd 1.3. Einkenni lífvera

Ef að einstaklingar uppfyllir ekki öll ofangreind skilyrði er ekki hægt að flokka hana til lífveru. Auk þessara ofangreindu einkenna eiga allar lífverur það sameiginlegt að vera fyrst og fremst myndaðar úr kolefnissamböndum (lífrænum efnum) og vatni. Nánar verður fjallað um byggingarefni lífvera í næsta undirkafla. 

1.1. Líffræði sem vísindagrein 1.2. Vísindaleg aðferð 1.3. Einkenni lífvera 1.4. Frumukenningin 1.5. Byggingarefni lífvera 	1.5.1. Ólífræn efni 	1.5.2. Lífræn efni

Mótefnavakarnir sem ABO-blóðflokkunarkerfið byggir á eru fjölsykrur sem staðsettar eru á frumhimnu rauðra blóðkorna. Á hverju rauðu blóðkorni eru pláss fyrir að hámarki tvær gerðir mótefnavaka. Annar mótefnavakinn erfist frá móður og hinn frá föður. Mögulegir mótefnavakar eru A og B. Ef einstaklingur hefur að minnsta kosti einn A mótefnavaka er einstaklingurinn í A-blóðflokki. Það sama gildir ef einstaklingur hefur að minnsta kosti einn B mótefnavaka, þá er hann í B-blóðflokki. En ef einstaklingur hefur enga mótefnavaka er hann í O blóðflokki. Þetta má líka orða þannig að A og B ríkja yfir O en A og B eru jafnríkjandi sem þýðir að einstaklingur sem hefur bæði A og B mótefnavaka er í AB blóðflokki.&nbsp;&nbsp;

Mynd 4.6.1 Skipting íslendinga í blóðflokka.

Rhesus-kerfið Á yfirborði rauðra blóðkorna finnast líka mótefnavakar úr próteini. Þessir mótefnavakar eru fjölmargir en D-mótefnavakinn er þeirra mikilvægastur en stuðst er við hann þegar Rhesus er ákveðinn.&nbsp;&nbsp; Þeir sem hafa D-mótefnavakann eru sagðir Rhesus jákvæðir eða RhD pos og fá plús aftan við blóðflokkinn sinn. Þeir sem ekki hafa D-mótefnavaka eru þá Rhesus neikvæðir eða RhD neg og fá mínus fyrir aftan blóðflokkinn sinn.&nbsp; Blóðgjafir&nbsp; Mótefni er efni sem bindast samsvarandi mótefnavaka og gera hann óvirkan. Á fyrsta aldursári barna myndast í blóði þeirra mótefni gegn þeim ABO og D mótefnavökum sem barnið er ekki með. Ef mótefnin komast í snertingu við samsvarandi mótefnavaka t.d. við blóðgjöf bindast þau þeim og mynda blóðkekki sem getur verið lífshættulegt. Til að koma í veg fyrir þetta eru óvalt gerð svokölluð krosspróf áður en blóð er gefið. Þegar búið er að blóðflokkagreina sjúkling er hægt að gefa honum rétt blóð með tilliti til ABO-kerfisins. Hægt er að gefa einstaklingi í AB+ blóðflokki blóð úr öllum öðrum blóðflokkum því AB+ einstaklingur er hvorki með mótefni gegn A, B eða D mótefnavökum. Á hin bóginn getur einstaklingur í AB- aðeins fengið blóð frá Rh neikvæðum blóðgjöfum því hann myndar mótefni gegn D mótefnavökum sem er að finna á rauðum blóðkornum allra Rh jákvæðra blóðgjafa.

<a href="https://educationalgames.nobelprize.org/educational/medicine/bloodtypinggame/index.php">Blóðflokkaleikur</a>

Gen eru starfseiningar litninga, það eru þau sem geyma upplýsingar um gerð og starfsemi lífvera og flytja þær milli kynslóða. Hvert gen um sig ber í sér upplýsingar um eitt einkenni t.d. blóðflokk en einnig geta nokkur gen saman borðið upplýsingar um eitt einkenni. Í hverri mannsfrumu eru mörg þúsund virkra gena sem saman mynda einskonar uppskrift að einni mannveru. Líkamleg einkenni einstaklinga ákvarðast þó endanlega af samspili milli umhverfis og erfða.&nbsp; Hversu mörg gen eru á hverjum litningi ræðst af stærð litningsins en þúsundir gena geta verið á stærstu litningunum.

Þýðing er flókið efnaferli þar sem upplýsingar af RNA eru þýddar í amínósýrur en amínósýrur eru byggingareiningar próteina. Þegar búið er að þýða upplýsingar af RNA mynda amínósýrurnar prótein.

Mynd 4.3.2. DNA geymir upplýsingar um prótein lífvera, en til að geta komið upplýsingunum til skila þarf fyrst að umrita uppýsingarnar yfir í RNA og svo þýða þær upplýsingar yfir í prótein.

Mynd 4.3.1. Undir erfðaefni flokkast litningar, DNA og gen.

DNA er staðsett í frumukjarna og geymir þar mikilvægar upplýsingar genanna. Próteinmyndun fer hins vegar fram í ríbósómum í umfrymi frumunnar og því vantar tengilið sem flytur upplýsingar sem genin geyma út í umfrymið. Þessi tengiliður, sem miðlar upplýsingum af erfðaefninu áfram, kallast RNA.

Litningar í litningapari eru kallaðir samstæðir litningar, enda hafa þeir sömu gen í sömu röð. Gen sem sitja í sama sæti á samstæðum litningum kallast samsæt gen þau bera þá upplýsingar um sama eiginleikann. Hins vegar er talsverður breytileiki í genum þannig að tvö eða fleiri afbrigði sama gens geta komið fyrir í sama stofni lífvera.

Mynd 4.3.3. Samsæt gen sitja á samstæðum litningum.

Eftir bólfestuna fer kímblaðran að mynda hormónið HCG sem er einmitt hormónið sem þungurnarpróf mæla. Þungunarprófi er því hægt að taka aðeins örfáum dögum eftir að blæðingar eiga að hefjast. Þegar frumur kímblöðrunnar fara að skipta sér og sérhæfast myndast felling inn í kímblöðruna sem endar með myndum holfósturs. Holfóstur er myndað er úr þremur frumulögum, útlagi, miðlagi og innlagi en út frá þessum lögum myndast síðar vefir og líffæri fóstursins. Meðan á þessu þroskastigi stendur er fóstrið sérstaklega viðkvæmt utanaðkomandi áhrifum eins og áfengi, reykingum og hormónaskaðandi efnum eins og geislun. Um 20% allra þungana enda með fósturláti eftir 3-4 vikur.

Mynd 6.6. Fyrstu stig fósturþroskunar.

Fóstur tengist móður með naflastreng um fylgju. Í fylgjunni fara fram skipti á næringar- og úrgagnsefnum milli blóðkerfis móður og fósturs, án þess að kerfin tvö blandist. Móðir og fóstur eru erfðafræðilega ólík og því mikilvægt að blóð þeirra blandist ekki. Skiptin fara því aðallega fram með flæði þannig að úrgangsefni og koltvísýringur flæða frá fóstrinu í blóð móðurinnar en súrefni, næringarefni, mótefni og hormón flæða frá móður til barns. Hjá mannfólki er full meðganga 40 vikur þegar talið er frá fyrsta degi síðustu blæðinga.

Langflestar konur fara sjálfar af stað í fæðingu eftir 37-42 vikna meðgöngu og telst það eðlileg meðgöngulengd. Fæðingin hefst með samdráttum í legvöðva eða því að konan missir legvatnið. Samdrættir lýsa sér eins og tíðarverkir sem koma og fara með óreglulegum hætti. Við samdrætti harðnar kúlan í smástund en spennan líður svo út aftur. Þegar samdættirnir verða sterkari, reglulegri og þeim fylgir meiri sársauki þá tölum við um hríðar. Fæðing er sögð hafin þegar hríðar koma með fimm mínútna millibili. Margar konur kvíða sársaukanum sem getur fylgt fæðingarhríðum en þá er gott að hafa í huga að hríðarnar hafa eingöngu þann tilgang að koma barninu í heiminn. Þær stafa ekki af sjúklegu ástandi og eru ekki hættulegar, ólíkt öðrum sársauka. Í fæðingu spila hormón stóra rullu en endorfín er eitt þeirra en það er náttúrulegt verkjalyf skylt morfíni, sem líkaminn framleiðir þegar hann er undir miklu álagi en styrkur endorfíns eykst í blóði eykst þegar líður á fæðinguna. Fæðingu er oftast skipt í þrjú tímabil, útvíkkunartímabil, rembingstímabil og fæðing fylgjunnar. Útvíkkunartímabil getur varað í 6-14 klst og hefst þegar reglulegar hríðar byrja en vegna hríðanna fer leghálsinn að opnast, styttast og þynnast. Útvíkkun er metin frá 1 cm og upp í 10 cm og lýkur tímabilinu þegar 10 cm útvíkkun er náð þá færist höfuð barnins niður á grindarbotninn og konan fær óviðráðanlega þörf til að rembast. Rembingstímabil getur varað stutt, aðeins nokkrar hríðar eða allt upp í nokkrar klukkustundir sem tekur að remba barninu í heiminn.

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/IS-J8MwiRzGO1EqERbl4sw.jpeg?width=1072&height=360

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/SOhY7XgfQ9u-mKUUZZCeGQ.jpeg?width=773&height=510

Mynd 2.1. Flestar frumur eru 0,5-2 μm að stærð. Stærsta fruma lífríkisins, strútseggið, nær þó 100 mm!

Til þess að skoða og rannsaka frumur þurfum við að nota smásjár þar sem flestar frumur sjást ekki með berum augum. Þó eru undantekningar á því en t.d. er hægt að sjá eggfrumur ýmissa spendýra með berum augum (sjá stærð frumna á mynd 2.1.). Til eru tvær megingerðir smásjáa: ljóssmásjár og rafeindasmásjár. Smásjár í hefðbundum skólastofum eru ljóssmásjár og í þeim er algengt að hægt sé að skoða viðfangsefni í allt að 400 faldri stækkun. Með ljóssmásjám er hægt að skoða lifandi viðfangsefni (s.s. húsflugur, laufblöð, frumur o.fl), en einnig er hægt að útbúa sýni og skoða á sýnaglerjum. Með rafeindasmásjá er hægt að fá miklu mun meiri stækkun en með ljóssmásjá. Með öflugustu rafeindasmásjám er hægt að fá mörg hundruð þúsund falda stækkun og með slíkri stækkun er hægt að skoða einstakar starfseiningar frumna (frumulíffæri). Ekki er hægt að skoða lifandi frumur í rafeindasmásjá.

Hlutverk meltingarkerfis er að brjóta fæðu niður í einingar sem líkaminn getur nýtt sér, koma næringarefnum út í blóðrásina og skila úrgangsefnum á föstu formi út úr líkamanum. Melting fæðu hefst í munni þar sem fæðan er bleytt upp í munnvatni, mulin með tönnum, færð aftur í kok og kyngt. Eftir það fer fæðan niður vélinda sem er rör eða pípa sem flytur fæðuna niður í maga. Maginn er vöðvaríkur sekkur alsettur fellingum sem sléttist úr þegar fæða berst niður í maga og hann þenst út. Kirtlar í maga gefa frá sér magasafa sem drepur bakteríur og hjálpar til við niðurbrot fæðunnar ásamt kröftugum magahreyfingum. Úr maga berst fæða í skeifugörn. Í skeifugörn liggja göng frá gallblöðru og bris en um göngin berast efni sem hjálpa til við niðurbrot fæðunnar. Gall úr gallblöðru sem meðal annars litar hægðir brúnar og brissafi úr brisi. Úr skeifugörn berst fæða í smáþarma sem eru um 6 m langir í fullvaxinni manneskju. Næringarefni og vatn frásogast í blóðrás úr smáþörmum en ómeltanleg efni flytjast í ristil þar sem upptaka steinefna og vítamína fer fram. Eftir nokkra klukkutíma viðveru í ristlinum er fæðan orðin að hálfföstu efni þar sem þriðjungur fasta efnisins eru trefjar, annar þriðjungur dauðar bakteríur og afgangurinn dauðar frumur úr meltingavegi, sölt og fituefni.

Mynd 5.2. Meltingarvegur mannsins

4.7. Kynháðar og kyntengdar erfðir

Mynd 4.6.2. Mögulegar blóðgjafir milli blóðflokka.

O mínus blóð er sérstakt fyrir þær sakir að það inniheldur enga mótefnavaka og má gefa öllum. Það er því kallað neyðarblóð og er gefið einstaklingum þegar ekki vinnst tími til að kanna blóðflokk blóðþega eða þegar ungabörn og fyrirburar þurfa á blóðgjöf að halda. O mínus blóð þarf því að vera tiltækt á öllum skurðstofum, neyðarmóttökum og helstu sjúkrastofnunum út á landi. &nbsp; Við miklar blæðingar getur einn blóðgjafi þurft marga lítra af blóði en hver blóðgjafi gefur 500 ml af blóði í hverri blóðgjöf. Það getur því þurft marga blóðgjafa fyrir hvern sjúkling.&nbsp;

Talað er um kynháðar erfðir þegar gen á A-litningum (par 1-22) erfast. Einkennin erfast jafnt með báðum kynjum en svipgerðaráhrif þeirra koma ekki fram á sama hátt hjá kynjunum. Skalli er gott dæmi um kynháðar erfðir. Magn testosterons hefur áhrif á það hversu mikið skallinn kemur fram og þar sem karlar eru mun hærri í testosteroni en konur kemur skallinn mun sterkar fram hjá þeim á meðan konur fá frekar bletta skalla eða þunnt hár.&nbsp;&nbsp; Kyntengdar erfðir eru erfðir sem tengjast genum a kynlitningum. Flestar erfðir af þessu tagi tengjast X- litningnum enda inniheldur hann mun fleiri gen en Y-litningurinn. Rauð/græn litblinda er dæmi um kyntengdar erfðir. Einkennið er víkjandi á X-litningi og því mun algengara hjá körlum en konum. Karl sem erft hefur litblindugen frá móðir sinni verður litblindur á meðan konur þurfa að erfa litblindugenið frá bæði móður sinni og föður til að verða litblindar. Konur sem aðeins erfa eitt litblindugen eru sagðar arfberar.&nbsp;

Mynd 4.7. Einstaklingar með rauð/græna litblindu eiga erfitt með eða geta ekki greint tölustaf í miðu þessa hrings. Getur þú það?

Eitt af einkennum allra lífvera er getan til þess að afla sér orku (orkuöflun). Lífverum er skipt í tvo flokka eftir því hvort að þær geta framleitt orkuefni sitt sjálfar (frumbjarga lífverur sem ljóstillífa) eða þurfa fá orkuna úr fæðu (ófrumbjarga lífverur).  Dýr eru ófrumbjarga lífverur sem fá orkuna sína úr fæðunni. Plöntur eru hinsvegar frumbjarga lífverur sem ljóstillífa. Ljóstillífun er ferli sem felst í því að beisla orku sólar, nota vatn og koltvíoxíð til þess að mynda lífræn efni, nánar tiltekið glúkósa, og súrefni. Efnaformúlu ljóstillífunar má sjá á mynd 3.3. Þetta ferli, ljóstillífun, fer fram í grænukornum plöntufrumna. 

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/ob3AaqRLS1SZcJIVRRwJrw.jpeg?width=578&height=398

Mynd 3.3.1. Ferli ljóstillífunar fer fram í grænukornum en ferli frumuöndunnar í hvatberum.

Mynd 3.3. Ferli ljóstillífunar og frumuöndunar.

En það er ekki nóg að geta aflað sér orku, einnig er nauðsynlegt fyrir lífverur að geta nýtt orkuna (orkunýting) fyrir lífstarfsemi sína. Frumur nýta sér orku úr lífrænum efnum í gegnum ferli sem kallast frumuöndun. Þetta ferli fer fram í hvatberunum, orkuveri frumunnar, sem er að finna í bæði dýra- og plöntufrumum. Merkilegt er að ferli frumuöndunnar er eins og efnahvarf ljóstillífunar lesið tilbaka! Ferlið felst m.ö.o í því að vatni og glúkósa er breytt í ATP sem er orka á formi sem fruman getur nýtt sér. Við efnahvarfið verður einnig til koltvíoxíð og vatn (sjá mynd 3.3.1.)

Allt það erfðaefni sem einstaklingur erfir frá foreldrum sínum nefnist arfgerð. Ef lýsa ætti arfgerð einstaklinga með öllu þyrfti að raðgreina allt erfðaefni hans og það er sko meira en að segja það. Oftar er því hugtakið arfgerð notað í þrengri merkingu eða til þess að lýsa hvaða genasamsætur sitja í ákveðnu genasæti á litningum. Svipgerð lýsir aftur á mót einkennum lífveru. Hugtakið er yfirleitt notað þegar ákveðnum útlitseiginleikum er lýst eins og háralit og auglit en einnig um innri einkenni, sem ekki eru eins sýnileg t.d. blóðflokkar. Svipgerðin tekur því til ríkjandi eiginleika sem koma fram hjá lífverunni. Ríkjandi eiginleiki kemur fram hjá lífveru þó tiltekið gen hafi aðeins erfst frá öðru foreldrinu. Hinn eiginleikinn sem ekki kemur fram í svipgerðinni kallast víkjandi eiginleiki. Víkjandi eiginleiki kemur ekki fram í svipgerð nema einstaklingur sé arfhreinn um víkjandi eiginleikann, þ.e. að hann hafi fengið víkjandi eiginleikann frá báðum foreldrum sínum. Sé arfgerð einstaklings samsett úr einum ríkjandi eiginleika og einum víkjandi eiginleika er sagt að hann sé arfblendinn um eiginleikann.&nbsp; Jafnríkjandi eiginleiki er annað hugtak sem notað er til að lýsa erfðum tiltekins eiginleika. Þetta á við þegar báðar samsætur gensins koma fram í arfblendnum einstaklingi. Dæmi um þetta er einstaklingur í AB blóðflokki, þar sem bæði genin eru jafnríkjandi.&nbsp;

Reitatöflur er notaðar til að sjá fyrir allar mögulegar útkomur úr kynblöndun. Tökum dæmi um tvær arfhreinar mýs með sitthvorn litinn sem eiga saman afkvæmi. Karldýrið hefur svartan feld og arfgerðina RR. Stór bókstafur táknar ríkjandi eiginleika, svartan. Kvendýrið hefur hvítan feld og arfgerðina rr. Lítill bókstafur táknar víkjandi eiginleika, hvítan. Öll afkvæmi þessara músa munu fá eitt gen frá föður fyrir litarhaft (R) og eitt gen frá móður (r). Öll afkvæmin munu því hafa arfgerðina Rr. Þar sem genið sem stýrir svarta litnum er ríkjandi (R) munu öll afkvæmin verða svört (sjá mynd 4.5.)

Mynd 4.5. Arfgerð allra afkvæma er Rr (arfblendin) Svipgerð allra afkvæma er svört

Mynd 7.5.2 Samanburður á beinum í framhandlegg nokkurra dýrategunda

Einnig er hægt að færa rök fyrir þróun með því að bera saman líkamsbyggingu lífvera af sameiginlegum uppruna. Við slíkan samanburð er hægt að sjá að grundvallarbygging útlima er áþekk milli skyldra tegunda. Þessi líffæri eru auk þess eðlislík, þ.e. þau gegna svipuðum hlutverkum. Skoðaðu myndina af beinum í handlegg manns, hunds, fugls og hvals. Getur þú séð eitthvað sameiginlegt í niðurröðun og lögun beinanna?&nbsp;&nbsp;

Í líkama sumra dýra eru líffæri sem gegna engu eða litlu sem engu hlutverki en hafa aðd öllum líkindum verið mikilvæg í forverum þessara dýra. Dæmi um úrelt líffæri eru t.d. botnlangi í mönnum og smábein aftarlega í líkama hvala. Í hvölum eru þessi bein leifar af beinum sem forverar hvala, ferfætt landhryggdýr höfðu.&nbsp;&nbsp;

Mynd 7.5.3. Smábein í afturhluta hvala eru dæmi um úrelt líffæri.

Sumir einstaklingar fæðast með líkamseinkenni sem gagnast þeim ekkert en bendir til þróunarlegs skyldleika við lífverur með sömu einkenni. Dæmi um sennileg áamót hjá mönnum eru loðinn líkami, fjórar eða sex geirvörtur og rófa.

Mynd 7.5.3 Óvenjulega loðinn líkami er gott dæmi um áamót.

Eftir því sem tegundir eru skyldari hvor annarri, þeim mun líkara erfðaefni (DNA) hafa þau. Erfðaefni mannsins og simpansa (Pan troglodytes) er 98,8% eins og erfðaefni mannsins og górillu (Gorilla gorilla) um 96%. Hægt er að nota samanburð á erfðaefni og blóðprótínum til að spá fyrir um skyldleika ólíkra tegunda. Slíkur samanburður hjá mönnum og simpönsum, sem báðir tilheyra ættbálki prímata, bendir til sameiginlegs forföðurs fyrir 5 - 6 milljónum ára.&nbsp;

Mynd 4.5.3. ½ líkur á bláum augum ½ líkur á grænum augum

Mynd 4.6. Heiti blóðflokka, mótefnavakar og mótefni.

Hversu miklar líkur eru þá á að þessir sömu kettir eignist kettling sem er með loðinn feld og bláeygður?&nbsp;&nbsp; ¼ líkur voru á loðnum kettlingi og ½ líkur á bláeygðum kettlingi svo líkurnar á að fá loðinn kettling með blá augu fást með því að margfalda saman brotin: 1/4 ∙ 1/ 2 = 1 /8 eða12,5% líkur á loðnum bláeygðum kettlingi

ABO-blóðflokkunarkerfið er eitt mest notaða blóðflokkunarkerfi í heiminum en það var sett fram árið 1901 af austurríska meina- og ónæmisfræðingnum Karl Landsteiner Hann hlaut Nóbelsverðlaun fyrir uppgötvun sína árið 1930. Með ABO er vísað í blóðflokkana fjóra: A, B,O og AB.&nbsp; ABO-blóðflokkakerfið byggir á tveim grundvallar-hugtökum ónæmisfræðinnar, þ.e. mótefnum og mótefnavökum. Mótefnavakar eru sameindir sem geta komið inn í líkamann og virkjað þar ónæmiskerfið en mótefni eru sameindir sem ónæmiskerfi líkamans myndar til þess að bindast mótefnavökum og gera þá óskaðlega.&nbsp;

Segjum nú að afkvæmi F1 kynslóðarinnar sem öll eru arfblendinn eignist afkvæmi. Kvendýr sem er arblendið (Rr) og karldýr sem einnig er arfblendið (Rr) geta eignast afkvæmi eins og reitartafla á mynd 4.5.1 sýnir. 

Arfblendinn snögghærður högni eignast afkvæmi með arfblendinni snögghærðri læðu. Hverjar eru allar mögulegar arfgerðir og svipgerðir kettlinganna? (sjá mynd 4.5.2.)

Mynd 4.5.1. ¼ líkur eru á arfhreinni svartri mús (RR) ½ likur eru á arfblendnum svörtum músum(Rr) ¼ líkur eru á arfhreinni hvítri mús

Reitatöflur eru líka notaðar þegar skoðaðar eru erfðir tveggja ólíkra einkenna sem eru á mismunandi litningum. Tökum dæmi um feld á köttum og augnlit. Tökum dæmi um feld á köttum og augnlit. Í þessu dæmi getur feldurinn getur&nbsp; verið annað hvort snöggur eða loðinn. Snöggur feldur er ríkjandi eiginleiki (S) en loðinn feldur víkjandi eiginleiki(s). Augnlitur katta í þessu dæmi getur annarsvegar verið grænn sem er ríkjandi eiginleiki (B) eða blár sem er víkjandi eiginleiki (b).

Mynd 4.5.2. ¼ líkur eru á arfhreinum snögghærðum (SS) ½ líkur eru á arfblendnum snögghærðum (Ss) ¼ líkur eru á arfhreinum loðnum (ss)

Snögghærði högninn er arfblendinn með græn augu (Bb) en læðan bláeygð (bb). Hverjar eru allar mögulegar arfgerðir og svipgerðir kettlinganna?&nbsp;

Mynd 3.2.1 Flæði og osmósa flokkast til óvirks flutnings, þ.e.a.s. flutnings efna yfir frumuhimnuna sem krefst ekki orku á formi ATP.

Vegna þróunar eru allar lífverur jarðarinnar skyldar og breytt form af lífverum sem voru uppi á undan þeim. Flest allir vita að maðurinn er kominn af öpum en allar aðrar lífverur jarðar eru einnig ættingjar okkar, bara mis mikið skyldir okkur. Þannig er ánamaðkur fjarskyldari okkur heldur en t.a.m. flóðhestur og simpansi er okkar nánasti núlifandi ættingi.&nbsp; Tegund mannsins, Homo sapiens sapiens, er eina núlifandi tegund af ættkvíslinni Homo. Ásamt öpum, mannöpum og hálföpum flokkast mannkynið til ættbálks prímata. Af útdauðum tegundum af ættkvísl Homo má nefna Homo habilis, Homo ergaster og Homo erectus. Í stuttu máli er Homo sapiens (hinn viti borni maður) fiskur sem gekk á land, bjó í skógum og gengur nú uppréttur Fram á 19.öld voru þær hugmyndir uppi að líf á jörðinni hefði verið skapað af æðri máttarvöldum háværar (sbr.sköpunarkenningunni í Biblíunni). Eftir því sem að þekking manna í greinum eins og líffræði og jarðfræði fleytti fram fóru að spretta fram aðrar hugmyndir og menn gerðu sér grein fyrir því að lífverur og jarðlög á jörðinni væru misgömul og hlytu því að hafa komið fram á mismunandi tímum í jarðsögunni.  &nbsp;

Mynd 7.1. Allar lífverur jarðar eru skyldar og komnar frá sameiginlegum forföður (sem er óþekktur).

Þróun er breyting á tegund í tímans rás og framkoma nýrra tegunda.

DNA, deoxyribonucleic acid er erfðaefni allra lífvera. Það er staðsett í frumu-kjarna heilkjarna lífvera en í umfrymi dreifkjörnunga.&nbsp; Fyrstir til að byggja og kynna sannfærandi líkan af DNA sameindinni voru þeir James Watson og Fancis Crick en það var árið 1953. Þeir unnu líkanið aðallega út frá tveimur megin vísbendingum. Fyrri vísbendingin sem þeir höfðu fengið var afbragðsgóð röntgenmynd af DNA og rannsóknarskýrsla sem Rosalind Franklin hafði tekið og skrifað. Franklin hafði um nokkurt skeið unnið að rannsóknum á DNA og tekið fjöldann allan af myndum af DNA. Yfirmaður Franlin, Mauice Wilkins hafði afhent Watson og Crick myndina og skýrsluna án hennar vitundar en myndin þótti sýna einkar vel að DNA sameindin er tvíþátta gormlaga sameind sem liggur um ákveðinn öxul. Í seinni tíð virðist ljóst að hlutur Franklins í lausn DNA gátunnar hefur verið vanmetinn.

Seinni vísbendingin sem Watson og Crick unnu út frá byggðist á niðurstöðum tilrauna sem lífefna-fræðingurinn Erwin Chargaff hafði gert en hann hafði einangrað DNA úr ýmsum lífverum og ákvarðað hlutföll nitur-basanna fjögurra sem finnast í DNA. Eftir birtingu líkansins varð uppi fótur og fit í vísindasamfélaginu þegar menn áttuðu sig á því að í byggingunni gæti verið að finna svar við því hvernig erfðaupplýsingar bærust á milli kynslóða. Enn fremur vöknuðu hugmyndir um að röð niturbasa í DNA hlyti að geta sagt til um amínósýruröð próteina, mögulegt erfðatáknmál sem seinna kom á daginn.&nbsp; Árið 1962 var þeim Watson og Crick veitt Nóbelsverðlaun í lífeðlisfræði og læknisfræði „fyrir uppgötvanir þeirra um sameindagerð kjarnsýra og mikilvægi þeirra við flutning upplýsinga innan lifandi efnis“ .

Franklin var þá látin, aðeins 37 ára úr krabbameini og þar sem Nóbelsverðlaun eru aðeins veitt lifandi einstaklingum verður aldrei úr því skorðir hvort hún hefði einnig hlotið verðlaunin og verðlaunaféð sem var á þeim tíma umtalsvert.&nbsp;

Mynd 7.2. Crick, Watson og Franklin

Mynd 4.2.1. Watson og Crick við DNA líkanið sitt

Árið 1859 setti breski náttúrufræðingurinn Charles Robert Darwin fram heildstæða þróunarkenningu í bók sinni Uppruni tegundanna (e. On the Origin of Species). Hugmyndir Darwins voru framúrstefnulegar og þeim var ekki vel tekið af öllum í vísindasamfélaginu og síður en svo hjá kirkjunni. Á sama tíma og Darwin vann við sínar rannsóknir setti breski náttúru-fræðingurinn Alfred Russel Wallace fram náskyldar hugmyndir. Darwin og Wallace áttuðu sig báðir á því að breytileiki einstaklinga, erfðir, mishröð æxlun og lífslíkur einstaklinga leiða til þess að sumar gerðir veljast náttúrulega fram yfir aðra.

Mynd 7.2.1. Ferð H.M.S. Beagle

Hins vegar er ástæða þess að þróunarkenningin er kennd við Darwin en ekki Wallace fyrst og fremst útgáfa bókarinnar, þar sem Darwin setti hugmyndir sínar og rannsóknir fram á skipulagðan og aðgengilegan hátt.&nbsp;&nbsp;

Mynd 7.2. Árið 1859 kom út bókin Um uppruna tegundanna eftir Charles Darwin.

Darwin fæddist á Bretlandi þann 12.febrúar 1809. Hann lærði læknisfræði og guðfræði framan af en hafði lítinn áhuga á náminu þar sem náttúrufræði átti hug hans allan. Árið 1831 bauðst honum staða hjá konunglega breska flotanum og hann sigldi af stað í rannsóknarleiðangur með rannsóknar-skipinu H.M.S Beagle (mynd 7.2.1. sýnir ferð rannsóknarskipsins). Í leiðangrinum rannsakaði. Darwin fjölbreytileika og skyldleika dýra- og jurta og safnaði gríðarlegu. magni af sýnum. Þann 15.september 1835 kom H.M.S Beagle að Galapagoseyjum sem liggja um 1.000 km frá meginlandi Ekvadors. Eyjaklasinn samanstendur af yfir 100 eyjum og skerjum. Þar af eru 19 stórar eyjar. Það var á þessum eyjum sem Darwin mikið af sýnum merkustu uppgötvunum. Þegar Darwin sneri aftur heim hélt hann áfram að rannsaka efni þróunar og gaf loks út, árið 1859, bók sína Um uppruna tegundanna.&nbsp; Í stuttu máli felur þróunarkenningin í sér að allar lífverur jarðar, hvort sem um ræðir dýr, plöntur bakteríur o.s.frv.,  eru komnar af eina og sama forfeðrinum, einfrumungum (sem voru uppi fyrir um 3,5-4 milljörðum ára). Nýjar tegundir verða til vegna þróunar og drifkraftur þróunar er náttúrlegt val.&nbsp;

Frumur líkamans þurfa stöðugt á súrefni og næringarefnum að halda. Þær þurfa líka jafn mikið á því að halda að losna við koldíoxíð og önnur úrgangsefni. Æðakerfið er risastórt flutningskerfi sem nær um allan líkamann og hefur það hlutverk að sá um flutning á mikilvægum efnum. Flutningskerfið er knúið áfram af hnefastóru hjarta sem er í raun eins og tvöföld dæla, annars vegar hægri helmingur hjartans og hins vegar vinstri helmingur. Athugið að hægri hluti hjartans er hægri helmingur hjartans sem horft er á, ekki hægri hluti þess sem horfir á hjartað.

Hvor helmingurhjartans hefur tvö hólf, gátt að ofan og hvolf að neðan. Hægri helmingur hjartans dælir blóði um litlu hringrás en hún liggur um hægri gátt hjartans sem er full af súrefnissnauðu blóði. Við samdrátt í gáttum flyst blóðið niður í hægra hvolf sem við samdrátt dælir blóðinu um lungnaslagæð upp í gegnum lungu, þar sem blóðið lætur frá sér koldíoxíð og tekur upp súrefni. Súrefnisríkt blóð streymir til baka frá lungum um lungnabláæð í vinstri gátt hjartans. Vinstri helmingur hjartans dælir blóði um stóru hringrás sem liggur um vinstri gátt sem er full af súrefnisríku blóði. Við samdrátt í gáttum berst blóðið niður í vinstra hvolf sem við samdrátt dælir súrefnisríku blóði út í stærstu æð líkamans, ósæðina. Ósæðin er slagæð eins og aðrar æðar sem liggja frá hjarta. Þær hafa þykka æðaveggi enda þurfa þær að þola mikinn þrýsting þegar blóð frussast með miklum krafti úr hjartanu. Slagæðarnar greinast og minnka þegar fjær dregur hjartanu og enda í mjög fínum og þunnum háræðum. Háræðar skila súrefni og næringarefnum til frumna líkamans og taka til sín koldíoxíð og önnur úrgangsefni frá frumunum. Við efnaskiptin er blóðið orðið súrefnissnautt. Háræðar sameinast síðan í sífellt stærri æðar sem nefnst bláæðar en þær sameinast að lokum í tvær stórar holæðar sem flytja blóðið í hægri gátt hjartans. Bláæðar hafa ekki eins þykka veggi og slagæðar enda er þrýstingur í þeim mun lægri en í slagæðum.

Mynd 5.6. Hjarta mannsins skiptist í tvo hluta, vinstri og hægri, en fjögur hólf.

Eins og í mítósu þarf erfðaefnið að tvöfaldast með afritun áður en meiósa getur hafist. Meiósa skiptist í nokkrar fasa en í grunnin felur hún í sér tvær kjarnaskiptingar. Þegar samstæðir litningar aðskiljast í seinni kjarnaskiptingunni fær hvor dótturfruma annan litninginn úr litningaparinu samkvæmt 1. lögmáli Mendels „ Samsæt gen skiljast að við myndun kynfrumna. Hver kynfruma fær aðeins aðra genasamsætuna og eru jafnmiklar líkur á því hvor það verður“. Samstæðir litningar aðskiljast óháð öðrum samstæðum litningum og er tilviljun hvort það er litningur frá föður eða móður. Þetta veldur því að kynfrumur geta haft mismunandi samsetningu að föður- og móðurlitningum, sem er ein ástæað þess að systkini geta verið eins ólík og raun ber vitni.

Meiósuskipting hjá konum er aðeins frábrugðin meiósuskiptingu hjá körlum. Hjá körlum myndast fjórar sáðfrumum við hverja skiptingu en hjá konum myndast aðeins ein eggfruma en þrjár skrautfrumur. Við fyrri kjarnaskiptingu myndast tvær frumur, önnur þeirra fær nánast allt umfrymið en hin nánast ekkert. Í seinni kjarnaskiptingunni skiptir sú sem nánast ekkert umfrymi fékk sér í tvær aðrar sem einnig hafa nánast ekkert umfrymi. Sú sem allt umfrymið fékk skiptir sér líka í aðrar tvær og aftur fær önnur nánast allt umfrymið en hin ekkert. Fruman sem uppi stendur með nánast allt umfrymið er eggfruma hinar þrjár kallast skautfrumur en þær hrörna og eyðast.&nbsp;

MJÓLKURSÝRA Margir þekkja brunatilfinninguna í vöðvum sem fylgir mjólkursýrumyndun. Við mikla líkamlega áreynslu eykst súrefnisþörf vöðvanna. Lungun ná þá ekki að sjá vöðvunum fyrir nógu miklu súrefni til að brjóta glúkósa fullkomlega niður. "Ófullkomið" niðurbrot glúkósa sem krefst minna súrefnis eykst (líkt gerjun hjá bakteríum) því við áreynslu með tilheyrandi mjólkursýrumyndun í vöðvum. Við þetta hækkar styrkur mjólkursýru í blóðinu og það ástand varir svo lengi sem vöðvana skortir súrefni

Mynd 2.6.3. Egg- og sáðfrumur eru kynfrumur sem myndast við meiósuskiptingu. Hjá mönnum hafa þessar frumur 23 litninga.

Mynd 5.8.1. Augu mannsins

Mynd 5.8.2. Eyru mannsins.

Heyrnarskynið er ekki síður mikilvægt en sjónskynið en án þess væru samskipti milli manna ýmsum erfiðleikum bundin þó vissulega sé hægt að hafa tjáskipti án þess að nota talað mál. Blaðka grípur hljóðbylgjur í umhverfi og ber þær að hlust eyrans. Eftir hlustinni berast hljóðbylgjur uns þær skella á hljóðhimnunni sem fer að titra. Titringurinn berst áfram eftir heyrnarbeinunum, hamari, steðja og ístaði til kuðungs eyrans. Örsmá bifhár í kuðungnum eru skynfrumur eyrans en þær nema hreyfingarnar og senda boð um heyrnartaug upp í heila sem túlkar boðin sem ákveðin hljóð.

3.kafli. Frumuhimna, efnaskipti og veirur

3.1 Frumuhimnan 3.2. Flutningur efna yfir frumuhimnuna 3.3. Ljóstillífun og frumuöndun 3.4. Efnaskipti baktería 3.5 Veirur

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/lSS4aLUJREqyB_VUYB9NkA.jpeg?width=1253&height=810

Mynd 1.0. DNA

1.kafli. Hvað er líffræði? 2.kafli. Fruman 3.kafli. Frumuhimna, efnaskipti og veirur 4.kafli. Erfðafræði 5.kafli Mannslíkaminn 6.kafli. Æxlun og fósturþroski 7.kafli. Þróun og flokkunarfræði

6 24 46 58 82 106 120

Í náttúrunni eignast lífverur alla jafna mun fleiri afkvæmi heldur en komast á legg. Náttúran setur tegundum ákveðnar skorður og í því felst náttúrulegt val: aðeins þeir einstaklingar sem eru best aðlagaðir umhverfi sínu hverju sinni ná að afla sér fæðu, lifa af, eignast afkvæmi og koma þannig genum sínum áfram. Þeir hæfustu lifa af (e. survival of the fittest). Einstaklingar sem hafa eiginleika sem auka líkur á því að þeir komist af og skili fleiri afkomendum til næstu kynslóðar eru hæfastir en aðrir veljast úr. Það að vera hæfur í umhverfi sínu felst því í að geta komist af og eignast frjó afkvæmi, en ekki endilega því að vera sterkastur eða fljótastur, eins og eðlilegt er að halda þegar maður heyrir hugtakið fyrst.&nbsp; Náttúrlegt val er hornsteinninn í þróunarkenningu Darwins.  &nbsp;

 Algengt og gott dæmi um náttúrulegt val eru t.d. mismunandi goggar á ólíkum finkutegundum. Darwin rannsakaði mismunandi gogga á finkutegundum m.t.t. þess á hvaða fæðu viðkomandi tegund lifði og sá samhengi þar á milli. Oft er talað um finkur Darwins. 

Mynd 7.4. Finkur Darwins

Einnig er mikilvægt að átta sig á að það er ekki þannig að einhvers konar afl, t.d móðir náttúra, velji úr þau afkvæmi eða þá einstaklinga sem fá að komast á legg, eignast afkvæmi og halda áfram að viðhalda stofni hverrar tegundar fyrir sig. Valið er vélrænt, sem merkir að það gerist sjálfkrafa þegar einstaklingar eru mishæfir í því að verða sér út um fæðu, forðast rándýr og aðrar hættur í umhverfinu og eignast afkvæmi.   Á Galapagoseyjum sá Darwin mörg dæmi um mismunandi aðlögun skyldra tegunda og dæmi um náttúrlegt val.

Mynd 7.4.1 Ferli náttúrlegs vals.

Johann Mendel var fæddur 20. Júlí 1822 í Heinzenhof í Moravíu sem nú heitir Tékkland en var þá hluti af Austuríska keisaraveldinu þar sem foreldrar hans voru bændur. Sem ungur maður lærði Mendel heimspeki en 21 árs að aldri gekk hann í munkareglu Ágústína í St. Thomas í Brno. Þar var hann vígður sem prestur og tók upp nafnið Gregor, Gregor Mendel. Í barnæsku var Mendel mikill náttúruunnandi og hafði mikinn áhuga á þróunarfræði og margbreytileika náttúrunnar. Í tilraunagarði klaustursins hóf hann að rannsaka breytileika plantna, en í klaustrinu var öflugt samfélag fræðimanna sem hvatti hann áfram. Mendel hafði oft velt fyrir sér hvernig plöntur öðluðust sérkenni sín og hóf loks athugun og ræktun á baunaplöntum sem höfðu ólík útlitseinkenni sem einfalt var að greina.

Fyrsta lögmál Mendels Lögmálið um jafnan aðskilnað

Mendel lést í Tómasarklaustri úr þrálátri nýrnabólgu 6. janúar 1884 og lifði því ekki til að sjá störf sín viðurkennd sem var ekki fyrr en eftir aldamótin 1900 þegar vísindamenn gerðu sér fyrst grein fyrir mikilvægi rannsókna Mendels og viðurkenndu þær sem byltingu í náttúruvísindum. Í kjölfarið hófust frekari rannsóknir á erfðum og erfðafræðin sem fræðigrein varð til. Því má segja að Gregor Mendel sé faðir erfðafræðinnar.&nbsp;

Annað lögmál Mendels Lögmálið um óháða röðun

Samsæt gen aðskiljast við myndun kynfrumna

Aðskilnaður samsætra gena er óháður aðskilnaði annarra samsætra gena&nbsp;

Mendel ræktaði um 28.000 baunaplöntur í klausturgarðinum og birti niðurstöður rannsókna sinna í grein sem hann kallaði Rannsóknir á erfðablöndun plantna .Greinin vakti hins vegar litla athygli á þeim tíma og hafði lítil áhrif á vísindasamfélagið.&nbsp;

Mynd 4.1. Gregor Mendel, faðir erfðafræðinnar.

Mynd 4.1.1. Mendel rannsakaði ýmsa eiginleika baunaplantna (Pisum sativum L) og áttaði sig m.a. á því að gen hafa ýmist víkjandi eða ríkjandi eiginleika.

Æxlun eða fjölgun lífvera er forsenda þess að lífverur geti þróast og viðhaldið tegund sinni. Æxlun kallast það þegar lífverur geta af sér afkvæmiog er það eitt af einkennum allra lífvera. En æxlun felur í sér meira en bara myndun nýrra einstaklinga. Afkvæmin eru ekki bara eftirmynd foreldar sinna heldur nýr valkostur í endalausri viðleitni við að aðlagast umhverfinu sem tegundin býr í. Í lífríkinu er hægt að greina tvo megin flokka æxlunar, annars vegar kynlausa æxlun og hins vegar kynæxlun&nbsp;

Vaxtaræxlun: Er þekktust meðal plantna en þá myndast ný planta út frá rót, stöngli eða blaði foreldrisplötunnar. Gott dæmi eru kartöflur en þar myndast hnýði (kartöflur) á rótum plöntunnar.

Að hausti deyja laufblöð plöntunnar, stöngullinn og móðirin en kartöflurnar liggja í dvala í moldinni til næsta vors þegar nýjar plöntur vaxa upp af þeim.&nbsp;

Mynd 6.2.1 Kartöflur og jarðaber geta notað vaxtaræxlun til þess að fjölga sér.

Kynlaus æxlun krefst ekki sérhæfðra æxlunarfæri heldur byggist hún á að ný afkvæmi myndist út frá einu foreldri. Kynlaus æxlun er einkennandi fyrir einfrumunga, algeng hjá plöntum og þekkist meðal dýra. Nokkur afbrigði eru þekkt af kynlausri æxlun t.d.&nbsp; Skipting/frumuskipting: Þekkist meðal annars hjá flestum bakteríur og frumdýrum sem fjölga sér með mítósuskiptingu þar sem móðurfruman skiptir sér og myndar tvær dótturfrumum sem erfðafræðilega eru alveg eins og móðurfruman.&nbsp;

Gróæxlun Er þekktust meðal frumdýra, plantna og sveppa en vex nýr einstaklingur upp af grói sem er einlitna æxlunarfruma.&nbsp;&nbsp;

Mynd 6.2. Amöbur eru frumdýr sem nota skiptingu til þess að fjölga sér.

Knappskot: Er annað mjög algengt afbrigði af kynlausri æxlun. Þá vex einhvers konar knappur eða útskot frá foreldrinu. Þegar ákveðinni stærð er náð slitnar afkvæmið frá. Þetta æxlunar-form þekkist meðal annars hjá arm-slöngum og ger-sveppum.&nbsp;

Mítósa er oft kölluð almenn frumuskipting þar sem allar frumur líkamans aðrar en kynfrumur skiptar sér með slíkri skiptingu. Í mítósu verða til dótturfrumur sem allar eru eins og móðurfruman. Ein móðurfruma verður að tveimur dótturfrumum sem báðar hafa sama litningafjölda og móðurfruman og erfðaefnið er nákvæmlega það sama. Svo það megi verða þurfa allir litningar frumunnar að tvöfaldast í upphafi mítósu en það gerist með ferli sem kallast afritun og verður komið að síðar í kaflanum. Allur vöxtur og viðhald lífvera grundvallast því af mítósuskiptingu.&nbsp; &nbsp;

Meiósa hefur í för með sér erfðafræðilegan breytileika öfugt við mítósu. Erfðafræðilegur breytileiki felur í sér að dótturfrumur sem myndast eru erfðafræðilega ólíkar móðurfrumunni og hvor annarri. Megin tilgangur meiósu í tvílitna (2n) lífverum eins og t.d. mönnum er að mynda kynfrumur sem hafa að geyma helming þeirra litninga sem finnast í móðurfrumu. Við kynæxlun renna saman tvær kynfrumur, önnur frá móður og hin frá föður og ef litnignafjöldi kynfrumna væri sá sami og í öðrum líkamsfrumum yrði litngafjöldi næstu kynslóðar tvöfalt hærri en þeirrar fyrri og því ljóst að það gengur ekki. Ef hver kynslóð á að hafa sama litningafjölda og kynslóðin á undan verður litningafjöldi í kynfrumum að vera helmingur af þeim litningafjölda sem einkennir tegundina.

Mynd 2.6.1. Ferli mítósu skiptingar (fyrir ofan) Mynd 2.6.2. Ferli meiósa skiptingar (til hægri)

Mynd 3.1. Fósfólípíð er aðalbyggingarsameind frumuhimnunnar.

Eins og kom fram í 2.kafla er hlutverk frumuhimnunnar að aðskilja innri hluta frumunnar frá umhverfinu og stýra flutningi efna inn og út úr frumunni. Í þessum undirkafla verður nánar fjallað um byggingu og eðli frumuhimnunnar. Allar frumur eiga það sameiginlegt að hafa frumuhimnu (cell membrane). Ef að frumu er líkt við hús er frumuhimnan eins og veggir hússins. Á henni eru op sem hleypa efnum inn og út, eins og hægt er að koma með hluti inn og út úr húsum í gegnum hurðir. Þá geta sum efni flætt á milli byggingareininga frumuhimnunnar, svipað og loft myndi næða milli glugga og veggja í gömlum húsum.&nbsp;&nbsp; Frumuhimnan er gerð úr tvöföldi lagi af fosfólípíðum (Rifjum upp: fosfólípíð er fitusameind sem flokkast til lífrænna efna). Fosfólípíð sameindin er er sérstök fyrir þær sakir að hún hefur vatnssækið (e.water loving)&nbsp; höfuð en vatnsfælin (e.water fearing).&nbsp; hala. Halinn er gerður úr tveimur ólíkum fitusýrum, mettaðri (beinn) og ómettaðri (bogin). Vegna þessara eiginleika raða sameindirnar sér þannig að þær snúa hölunum saman (frá vatni/vökva sem umlykur frumuna og frá umfrymi hennar) og höfðunum út.&nbsp; Frumuhimnan er sveigjanleg og fosfólípíðin geta færst eða dansað til og frá. Að þessu leyti er frumuhimnan ólík veggjum húss, og ef til vill líkari tjaldi. Gjarnan er talað um að frumuhimnan sé eins og fljótandi mósaík.&nbsp;

Auk fosfólípíða er frumuhimnan gerð úr sterum (fituefni) sem gera frumuhimnuna stöðugri og próteinum. Próteinin gegna ýmsum hlutverkum, t.d. sem flutningsprótein. Á utanverðri frumuhimnunni, þeir hlið sem snýr út í umhverfi frumunnar, eru einnig sykrur. Eins og fram kom í 2.kafla innihalda kjarnafrumur ýmis flókin og sérhæfð himnubundin frumulíffæri. Himnubundin frumulíffæri þýðir að þessi frumulíffæri eru innan himna og himnur þeirra eru svipaðar að byggingu og frumuhimnan, þ.e.a.s. úr tvöföldu lagi fosfólípíð sameinda. Dæmi um frumulíffæri sem hafa himnur er kjarninn (kjarnahimna), hvatberi og grænukorn. Reyndar hafa bæði grænukorn og hvatberar tvær himnur (báðar tvöfaldar) sem rennur stoðum undir þá kenningu að þessi frumulíffæri hafi eitt sinn verið sjálfstæðar lífverur (sjá rammagrein á næstu síðu)

Mynd 3.1.1. Bygging frumuhimnunnar.

Turner-heilkenni (X0): Stúlkur sem fæðast með aðeins einn X-litning eða þá að annar X-litningurinn er gallaður. Helstu einkenni eru eðlilegt greind stuttur háls, húðfelling frá hálsi og niður á axlir og lágvöxtur. Eggjastokkar þroskast ekki og án hormónameðferðar verða þær hvorki kynþroska né þungaðar.&nbsp;&nbsp; Jacobs-heilkenni (XYY): Drengir sem fæðast með auka Y-litning. Helstu einkenni eru mikill hárvöxtur og hvatvísi en greind er eðlileg.&nbsp; Margstæða X-litninga: Stúlkur geta fæðst með auka X-litninga. Eftir því sem X-litningum fjölgar dregur úr eðlilegu útliti, greind og frjósemi.&nbsp;

Erfðaefni, DNA verður að afritast eða tvöfaldast áður en frumuskipting getur farið fram. Upplýsingar í erfðaefninu þurfa að geta borist óbreytt til dótturfruma þegar frumur skipta sér og einnig á milli kynslóða. Þegar afritun DNA hefst vinst snúningurinn af DNA og vetnistengi sem halda niturbösunum milli langbandanna saman rofna. Sameindin opnast því líkt og rennilás og stakir basarnir standa út úr langböndunum. Á stöku basana parast ný kirni samkvæmt basapörunarreglunum, A tengist T og C tengist G. Þegar langböndin hafa aðskilist að fullu og ný kirni hafa raðast á stöku basana vinst að nýju upp á DNA sameindirnar sem nú eru orðnar tvær, báðar nákvæmlega eins, annað langbandið gamal en hitt nýtt. Báðar nýmynduðu DNA sameindirnar eru nákvæmlega eins og upphaflega sameindin.&nbsp;

Mynd 4.8. Einstaklingar með þrístæðu 21 litnings (Downs heilkenni) er með 47 litninga í öllum frumum líkamans í stað 46.

Eins og með allar aðrar vísindalegar kenningar verður að vera hægt að styðja við þær með tilraunum eða athugunum (Sbr. aðferð vísinda fjallað var um í 1.kafla). Fjölmörg atriði styðja við þróunarkenningu Darwins, sem hefur með tíð og tíma skapað sér sess sem ein best studda vísindakenning mannsins. Í þessum kafla verður fjallað um nokkur rök sem styðja við þróunar-kenninguna, s.s. steingervinga, samanburð á fóstrum og líkamsbyggingu, úrelt líffæri, sameindalíffræði og kynbætur.&nbsp;&nbsp;

Þegar steingervingum er raðað í tímaröð er hægt að sjá hvernig þróun ólíkra og skyldra lífvera hefur átt sér stað. Þá hafa stundum fundist steingerðar leifar dýra sem eru millistig stórra lífveruhópa.  Eitt besta slíka dæmið er öglirinn (Archaeopteryx), dýr sem hefur fundist steingervt og er talið vera millistig milli skriðdýra og fugla. Öglirinn hefur sum einkenni fugla, s.s. fjaðrir og gogg, en sum einkenni skriðdýra, s.s. klærog tennur.&nbsp;

Samanburður á fóstrum og líkamsbyggingu

Steingervingar eru steinrunnar leifar eða för dýra og plantna í jarðlögum. Steingervingar veita upplýsingar um þróun lífs á jörðinni, mismunandi tímabil jarðsögunnar og aðstæður hverju sinni.&nbsp; Sérstakar aðstæður þurfa að vera til staðar til þess að steingervingar geti myndast og leifar dýra og planta steingervast misvel.

Þegar borin eru saman fóstur hryggdýra á fyrstu fósturstigum getur verið erfitt að greina á milli skyldra tegunda. Eftir því sem líður á fósturþroskann koma svo smám saman í ljós einkenni þeirrar tegundir sem þau tilheyra.

Vegna þessara sérstæku aðstæðna sem þurfa að vera til staðar svo að steingervingar myndist hefur aðeins örlítið brot af þeim lífverum sem lifað hafa í jarðsögunni varðveist á slíkan hátt.  

Þetta bendir til sameiginlegar forvera þessara tegunda, sem hafði sömu fyrstu stig fósturþroskunar.

Mynd 7.5. Steingerðar leifar af öglinum

Mynd 7.5.1 Samanburður á fóstrum

Mikilvægasta ólífræna smásameindin er vatn. Án vatns getur ekkert líf, á því formi sem við þekkjum það, þrifist. Vatn er reyndar um 75% af massa flestra frumna. Vatn er meðal annars mikilvægt leysiefni; geysilegur fjöldi efna leysist í því, og einnig klofna ýmis sölt, sýrur og basar greiðlega í jónir í vatni. Þessar jónir eru meðal annars mikilvægar í allri rafvirkni í lífverum (til dæmis í taugaboðum) og viðhaldi eðlilegs sýrustigs. Mikill fjöldi efnahvarfa getur farið fram í vatnslausnum og auk þess tekur vatnið sjálft beinan þátt í ýmsum efnahvörfum, þar á meðal nýmyndun og niðurbroti ýmissa stór-sameinda.&nbsp; &nbsp; Önnur ólífræn efni lífvera eru lofttegundir, steinefni, sýrur og basar. Til dæmis eru ýmis mikilvæg steinefnasölt, svo sem kalsíumfosfat í beinvef, kirtlar í magavegg sprauta saltsýru (HCl) í fæðumaukið í maga okkar og sömuleiðis er natríumklóríð (NaCl), sem er venjulegt matarsalt, ómissandi.&nbsp;&nbsp;

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/ZKT6GZ1VRtWQQUKQWWzoFg.jpeg?width=469&height=516

Mynd 1.5.1. Flokkar ólífrænna efna.

4.1. Gregor Mendel 4.2. DNA og afritun DNA 4.3. Litningar og gen 4.4. Hugtök í erfðafræði 4.5. Reitatöflur 4.6. Blóðflokkar 4.8. Kynháðar og kyntegndar erfðir

Allar lífverur eru gerðar um frumum. Í fjölfruma lífverum eru þær sjaldnast stakar heldur raðast þær saman og mynda vefi. Í flestum dýrum og þar á meðal manninum raðast ólíkir vefir saman og mynda líffæri. Mismunandi líffæri vinna saman sem ein heild og mynda líffærakerfi. Líffærakerfin vinna svo saman alla ævi og halda þannig lífstarfseminni lífverunnar gangandi. Bygging og starfsemi líffærakerfanna er stórbrotin, flókin og efni í sér áfanga, lífeðlisfræði. Hér verður því aðeins stutt kynning á helstu líffærakerfumAllar lífverur eru gerðar um frumum. Í fjölfruma lífverum eru þær sjaldnast stakar heldur raðast þær saman og mynda vefi. Í flestum dýrum og þar á meðal manninum raðast ólíkir vefir saman og mynda líffæri. Mismunandi líffæri vinna saman sem ein heild og mynda líffærakerfi. Líffærakerfin vinna svo saman alla ævi og halda þannig lífstarfseminni lífverunnar gangandi.

CAPTION Half page image nullam nunc eros, vehicula feugiat

Mynd 5.1. Skipulagstig lífvera

Snerting er skynjuð þegar snertinemar í húð eru övaðir, við það berast boð til heila sem vinnur úr þeim og ákveður hvort og hvernig skuli bregðast við og sendir boð um viðbrögð á viðeigandi stað í líkamanum.

Húðin er eitt stærsta líffæri líkamans, hún vegur að meðaltali 15% líkamsþyngdar mann og inniheldur um 5 milljónir snertiskynsnema. Ysta lag húðarinnar kallast yfirhúð en það er öflugt hlífðarlag sem verndar líkamann fyrir sýklum, skaðlegum geislum, mengun og fleiru.

Fyrir neðan yfirhúðina er leðurhúð en hún er mun þykkri en yfirhúðin. Í leðurhúðinni er að finna t.d. hár, hársekki, svitakirtla, fitukirtla æðar, taugar og skynfrumur. Innan við leðurhúðina er svo undirhúð sem er innsta lag húðarinnar. Undirhúðin er aðallega mynduð úr fitufrumum en fitan erbæði einangrandi og mikilvægur orkuforði. Húðin gegnir þó fleiri hlutverkum en að vera hlífðarlag. Hún nýtir til dæmis geisla sólar til að mynda D-vítamín og tekur þátt í temprun líkamshita.

Þó að líkamlegt kynferði fólks ákvarðist af kynlitningunum X og Y eru æxlunarfæri kynjanna eins í upphafi fósturþroskans. Þegar fóstrið eru um 8 vikna gamalt fara kynkirtlar þess að þroskast og smá saman breytist ásýnd æxlunarfæra kynjanna. Hér á eftir verður fjallað um líffræðilegt kyn karls og konu. Líffræðilegt kyn er ekki það sama og kynvitund. Sjá fróðleik á vef <a href="https://otila.is/grunnurinn/">Samtakanna 78. </a>

Mynd 5.8.3. Húð mannsins.

3.2. Flutningur efna yfir frumuhimnuna

Mynd 3.2. Ólíkar flutningsleiðir yfir frumuhimnuna

Óvirkur flutningur skiptist í flæði og osmósu. Flæði felst í flutningi smárra sameinda yfir frumuhimnuna. Loftegundir eins og súrefni og koltvíoxíð, geta borist yfir frumuhimnuna með þessum hætti. Osmósa felst í flæði vatns yfir frumuhimnuna, þar sem vatn flæðir frá einu svæði til annars til þess að jafna út styrk efna innan frumunnar (sjá skýringarmynd á næstu opnu). Virkur flutningur skiptist líka í tvennt, innhverfingu og úthverfinu. Virkur flutningur krefst orku, nánar tiltekið sameindarinnar ATP. Fruman notar virkan flutning til þess að flytja stórar sameindir inn og út úr frumunni.

Frumur eru umluktar frumuhimnu, eins og áður hefur komið fram, og þar sem frumur hafa hvorki munn né endaþarm þurfa öll sem koma inn í og út úr frumunni að fara gegnum eða yfir frumuhimnuna. Frumuhimnan er valgegndræp, sem þýðir að sumar sameindir geta flætt yfir og í gegnum frumuhimnuna, en aðrar komast ekki í gegn. Flutning efna yfir frumuhimnuna er skipt í tvennt, eftir því hvort að flutningurinn krefst orku eða ekki: óvirkur flutningur og virkur flutningur.

SAMRUNAKENNINGIN Vísindamenn telja að hvatberar og grænukorn hafi áður verið sjálfstæðar lífverur (einfrumungar) sem hafi innlimast inn í frumur heilkjarna lífvera (plöntur og dýr). Þessi kenning kallast samrunakenningin.

Aðferðir vísindamanna til að rannsaka viðfangsefni sín eru margvíslegar en aðalsmerki þeirra sem iðka vísindi eru vönduð vinnubrögð og vakandi hugur. Vísindaleg aðferð er röð af skrefum fylgt eftir af vísindarannsóknum til að svara ákveðnum spurningum um náttúruna. Þegar talað er um að e-ð sé ,,vísindaleg sannað“ má gera ráð fyrir að traustum, vísindalegum, vinnubrögðum hafi verið beitt

Skref vísindalegrar aðferðar felast í: Athugun. Athugun á viðfangsefninu sem stendur til að rannsaka. Rannsóknarspurning er sett fram í kjölfar athugunar. Tilgáta. Rökkstudd ágiskun um líklegt svar við rannsóknar-spurningunni er sett fram. Rannsóknir eða tilraunir eru notaðar til að athuga hvort að tilgátan sem sett var fram er sönn. Niðurstöður tilgátna geta leitt til nýrra tilgátna ef sú fyrsta reynist ekki rétt. Tilraunir verða að vera vandaðar og þær verður að vera hægt að endurtaka. Kenning/niðurstaða. Síðasta skref vísindalegrar aðferðar felst í framsetningu á niðurstöðu. Ef að þær tilraunir sem voru framkvæmdar styðja við tilgátuna sem sett var fram er hægt að setja fram kenningu. Ef að rannsóknirnar styðja hinsvegar ekki við tilgátuna er ekki hægt að setja fram kenningu. Mögulega þarf að framkvæma fleiri rannsóknir og/eða breyta tilgátunni.

● Athugun ● Rannsóknarspurning ● Tilgáta ● Tilraun ● Kenning

Látið ykkur detta í hug vandamál/athugun og skrifið niður/ræðið hvernig þið mynduð fylgja skrefum vísindalegrar niðurstöðu til að komast að niðurstöðu

6.6. Fósturþroski manna

Hjá dýrum koma fyrir þrenns konar fósturgerðir en skiptingin ræðst einkum að þremur þáttum. Hvar fer frjóvgunin fram? Hvar fer fósturþroskinn fram? Og hvaðan fær fóstrið næringu til vaxtar?&nbsp;

Eggfóstur. Frjóvgun getur átt sér stað með innri eða ytri frjóvgun. Fóstur-þroskinn fer fram utan við líkama móður og fóstrið fær næringu úr egg-frumunni. Eggfóstur þekkjast t.d. meðal fiska og fugla. Fiskar hafa ytri frjóvgun en fuglar innri frjóvgun.&nbsp;

Mynd 6.2.3. Hænufóstur er dæmi um eggfóstur.

Gulufóstur. Frjóvgun á sér stað með innri frjóvgun. Fósturþroskinn fer fram innan líkama móður en fóstrið færi næringu úr eggfrumunni. Gulufóstur þekkjast meðal annars meðal hákarla og kengúra.&nbsp; Fylgjufóstur. Frjóvgun á sér stað með innri frjóvgun. Fósturþroskinn fer fram innan líkama móður og fóstrið fær næringu frá móður. Fylgjufóstur er einkennandi fyrir legkökudýr eins og menn en þekkist einnig hjá nokkrum tegundum fiska, til dæmis karfa.&nbsp;

Af þeim 100-300 milljón sáðfrumum sem karlar losa í hverju sáðláti ná aðeins um 1000 þeirra til eggsins því ýmsar hindranir eru á leiðinni inn að eggjaleiðaranum. Hraðskeiðustu sáðfumurnar eru um það bil 30 mín á leið sinni upp í efri hluta eggjaleiðaranna þar sem frjovgun á sér stað. Sáð-frumur geta lifað í um það bil 3 sólarhringa en eggfruman er ekki móttækileg fyrir frjóvgun nema í 24 klst. eftir að egglos hefur orðið. Þegar sáðfruma hefur frjóvgað eggfrumu myndast utan um hana himna sem varnar fleiri sáðfrumum inngöngu. Ef svo færi að önnur sáðfruma kæmist inn i eggið yrði okfruman þrílitna og því ekki lífvænleg. Sameinuð egg- og sáðfruma kallast okfruma en hún er fyrsti vísir að nýjum einstaklingi. Okfruma manna er tvílitna, hefur 46 litninga, 23 frá egg-frumunni og 23 frá sáðfrumunni. Þegar okfruma hefur myndast í kjölfar frjóvgunar byrjar frjóvgaða eggið að skipta sér með mítósu, fyrst í tvær frumur, síðan í fjórar, átta og þannig koll af kolli. Þessar skiptingar kallast klofnunarskiptingar en þær leiða til sífellt minni frumna. Klofnunarskiptingar hætta þegar frumurnar hafa náð þeirri frumustærð sem er einkennandi er fyrir manninn. Meðan á þessum skiptingum stendur berst eggið niður eftir eggjaleiðaranum í átt að leginu. Eftir 7-8 daga er frjóvgaða eggfruman orðin að kúlulaga frumuhóp með vökvafylltu holrými og kallast þá kímblaðra. Kímblaðran grefur sig inn í slímhúð legsins sem vex yfir hana og veitir henni bólfestu.

3.4. Efnaskipti baktería

Eins og við sáum í 2.kafla eru bakteríur (dreifkjarnafrumur) mjög einfaldar að gerð og innihalda nánast engin frumulíffæri. Bakteríur hafa t.a.m. ekki grænukorn né hvatbera. Sumar gerðir baktería innihalda þó blaðgrænu (efnið sem finnst í grænukornum) og geta ljóstillífað (eru frumbjarga). Þær bakteríugerðir sem eru ófrumbjarga innihalda ekki hvatbera til að umbreyta orku í ATP heldur fer það ferli fram undir frumuhimnunni. Að lokum eru til bakteríur sem nota annað ferli, gerjun, til orkunýtingar. Gerjun felst í því að glúkósi er brotin niður án þess að notað sé súrefni. Í því ferli myndast koltvíoxíð, etanól (vínandi) og ATP

Mynd 3.4. Ólíkar veirugerðir

Veirur eru mun minni en frumur og búa ekki yfir nema hluta afeiginleikum þeirra. Þær eru agnarsmáar, aðeins um 20-400 nanómetrar, og sjást bara í rafeindasmásjá sem stækkar mörg hundruð þúsund sinnum. Ef við stækkuðum mann með sömu stækkun yrði hann um 300 kílómetra langur! Veirur eru ekki gerðar úr frumum, hafa engin frumulíffæri eða ensím til efnaskipta. Þá geta þær ekki fjölgað sér sjálfstætt og því er ekki hægt að flokka þær til lífvera samkvæmt skilgreiningu líffræðinnar. Fjöldi veirutegunda skiptir milljónum og bygging þeirra getur verið nokkuð ólík en oftast er hún afar einföld. Veirur eru í raun eingöngu próteinhjúpur utan um erfðaefni, annaðhvort DNA eða RNA.

Eins og áður sagði geta veirur ekki fjölgað sér sjálfstætt heldur þurfa þær aðstoð frá öðrum frumum, þ.e.a.s öðrum lífverum, til þess. Veirur eru hýsilsérhæfðar sem þýðir að hver veirutegund getur oftast bara sýkt eina eða fáar tegundir frumna. Kvefveira ræðst t.d aðeins á frumur í nefgöngum og hálsi á meðan mænusóttarveira leggst á frumur í mænu og getur leitt til lömunar. Allar veirur valda einhverjum skaða á hýsli sínum, þó skaðinn geti verið misalvarlegur. Sumar veirusýkingar eru vægar og meinlausar meðan aðrar veirur valda alvegarlegum sjúkdómum og jafnvel dauða.&nbsp;&nbsp; Veirur eru algjörlega háðar hýslum sínum um alla starfsemi og fjölga sér aðeins inn í lífandi frumum lífvera. Lífsferillveiru er þannig að veiran festir sig við lifandi frumu, gatar hana og kemur erfðaefni sínum inn í frumuma. Þegar fruman fjölgar sér með því að búa til meira erfðaefni, fjölfaldar hún erfðaefni veirunnar í leiðinni. Utan um erfðaefni veirunnar myndast svo nýr próteinhjúpur, hýsilfruman springur á endanum og nýjar veirur losa úr henni.

Mynd 3.4.1 Lífsferill veiru

Eistu karla eru tvö og staðsett í pung. Við kynþroska byrja eistun að framleiða sáðfrumur, meira en 100 milljón sáðfrumur á hverjum sólarhring. Fullþroskaðar sáðfrumur geymast í eistnalyppum sem liggja ofan á báðum eistum. Við sáðlát berast um 250 milljón sáðfrumur upp í sáðrásir og blandast sáðsvökva sem kemur úr sáðblöðru og blöðruhálskirtli. Sáðvökvinn er næringarríkur fyrir sáðfrumurnar og gerir þeim kleift að synda út úr líkamanum í gegnum þvagrás. Heilbrigðir karlmenn geta framleitt sáðfrumur fram á ní-eða tíræðisaldurinn þó svo að dragi úr framleiðslu lífvænlegra sáðfruma um 55 ára aldurinn.

Stúlkur fæðast með um tvær milljónir eggvísa í eggjastokkum. Eggjastokkarnir eru tveir og við kynþroska fara eggvísarnir að þroskast í egg, eitt í hverjum mánuði sem losnar út í&nbsp; í annan eggjaleiðarann og kallast það egglos. Eggjaleiðararnir eru einnig tveir, þeir tengja saman leg og eggjastokka. Legið er holur, gríðarlega sterkur vöðvi sem getur stækkað mikið þegar kona er barnshafandi. Legháls er á mörkum legs og legganga, allajafna er hann mjög þröngur en víkkar í 10 cm í fæðingu svo barn komist í gegn. Neðan úr við legháls opnast hol og teygjanleg leggöng.

Mynd 5.9.1. Æxlunarfæri karla

Mynd 5.9.2. Æxlunarfæri kvenna.

2.5. Samanburður á ólíkum frumugerðum

LEYSIBÓLUR OG STÝRÐUR FRUMUDAUÐI Frumur geta eytt sjálfum sér með því að rjúfa leysibólur sínar. Slíkt ferli kallast stýrður frumudauði eða apoptosis. Ferlið er mikilvægt í mörgum fósturferlum, s.s. fyrir eðlilega myndun táa og fingra.

Nú hefur verið farið yfir ólíkar frumugerðir og nemandi séð og lesið um þrjár ólíkar frumur, þ.e. bakteríufrumu (dreifkjarnafrumu), dýrafrumu og plöntufrumu. Fjallað hefur verið um sérkenni hverrar frumu fyrir sig en rétt er að árétta að það er ýmislegt sem allar frumur jarðar eiga sameiginlegt. Bakteríur og aðrar dreifkjarnafrumur hafa ekki hvatbera né grænukorn, þó sumar bakteríur hafi blaðgrænu (sem alla jafna er geymd í grænukornum. Fjallað verður nánar um bakteríur í kaflanum um lífverur jarðar. Allar frumur eiga það sameiginlegt að hafa frumuhimnu sem afmarkar og verndar frumuna. Allar frumur hafa ríbósóm sem sjá um að framleiða prótein frumunnar og allar frumur hafa erfðaefni (DNA). Og þó að kjarnafrumugerðirnar tvær eigi ýmislegt sameiginlegt, er ýmislegt sem greinir þær í sundur. Dýr og plöntur eru mjög ólíkir hópar líffvera og þar af leiðandi hafa frumur þessara hópa þróast á mismunandi hátt. Af hverju heldur þú að dýrafrumur hafi ekki grænukorn? En af hverju er mikilvægt fyrir plöntufrumur að hafa frumuvegg, frumuhluta sem dýrafrumur hafa ekki? Hvað er ólíkt varðandi lífshætti lífveranna sem eru myndaðar úr þessum frumum og hvað er líkt?

Engar frumur lifa að eilífu. Þess vegna er mikilvægt að sífellt séu að myndast nýjar frumur en það gerist með frumuskiptingu. Frumuskipting gerist með tvennum hætti; með mítósu og meiósu.&nbsp;

Mynd 2.6. Frumuskiptingar eru nauðsynlegar fyrir vöxt, þroska og fjölgun lífvera

6.1. Æxlun 6.2. Kynlaus æxlun 6.3. Kynæxlun 6.4. Frjóvgun 6.5. Fósturgerðir 6.6. Fósturþroski manna 6.6.1. Fæðing 6.6.2. Fjölburar

Frumuhlutar og -líffæri dreifkjarnafrumna

DNA sameindin er gerð út tveimur langböndum sem tengjast saman með þverböndum, langböndin snúast hvort um annað og mynda helix eða snúning. Hvort langband um sig er gert úr röð kirna, en hvert kirni er myndað úr fosfati (P), sykru (S) og einum af fjórum nitur-bösunum. Niturbasarnir eru: adenín(A), týmín (T), cýtósín (C) og gúanín (G) og tengjast tveir og tveir saman samkvæmt reglu Chargaff, A tengist T og G tengist C. Basarnir snúa inn að miðju og tengjast saman með vetnistengjum og mynda þannig þverböndin milli langbandanna tveggja. Þættirnir tveir sem myndast DNA helixinn hafa mismunandi stefnu. Annar kallast 5´-3´ eðaleiðandi þáttur og hinn 3´-5´eða eftirþáttur.

Litningar eru þráðlaga frumu-líffæri í frumu-kjarna lífvera sem ekki eru sjáanlegir nema rétt á meðan fruma skiptir sér. Hver fruma í mannslíkamanum inniheldur erfða-efni sem er um 2 metrar að lengd.

Mynd 4.3. Erfðamengi mannsins

Mynd 4.2.2. Bygging DNA sameindarinnar

Erfðaefninu er pakkað saman á ákveðinn hátt til þess að það komist fyrir inn í agnarsmáum kjarnanum.Erfðaefninu er þó ekki pakkað inn í einn böggul í heilu lagi heldur er erfðaefni mannsins í 46 bútum og hverjum og einum er pakkað vel saman í litninga. Því hafa frumur mannsins 46 litninga.&nbsp; Maðurinn er tvílitna (2n) lífvera sem þýðir að litningarnir eru alltaf í pörum, sem sagt tvö eintök af hverjum litningi, annar er komin frá móður en hinn frá föður. Kynfrumur okkar eru þó undantekning frá þessu, þær hafa ekki litningapör heldur eingöngu staka litninga, eru því einlitna (1n) og innihalda 23 litninga en nánar verður komið að því síðar. Af litninga-pörunum 23 sem eru í mannsfrumum eru 22 pör eins hjá báðum kynjum, þessir litningar kallast A-litningar. 23 parið, kynlitningarnir eru báðir eins hjá konum og kallast þeir X-litningar en í frumum karla er einn X-litningur og annar minni sem nefnist Y-litningur.&nbsp;&nbsp;

Hlutverk öndunarkerfisins er að viðhalda réttu magni af súrefni og koldíoxíð í blóði. Það er gert með því að koma súrefni innöndunarlofts inn í blóðrásina og losa koldíoxíð úr blóði með fráöndun. Öndunarkerfið gerir okkur einnig kleift að gefa frá okkur hljóð og finna lykt. Loft berst með innöndun í gegnum nef eða munn og ferðast þaðan niður barkann sem liggur frá barkakýli og niður í brjósthol þar sem hann greinist í tvær berkjur. Berkjurnar eru þrengri en barkinn og greinast í sífellt þrengri greinar. Á endum minnstu berkjugreinanna eru klasar af blöðrum, svokölluðum lungnablöðrum. Lungnablöðrur eru örþunnar, úr einföldu frumulagi og um þær liggja örþunnar háræðar. Loftskipti fara fram með flæði þar sem koldíoxíð í háræðum leitar inn í lungnablöðrur úr meiri styrk í minni en súrefni leitar inn í háræðarnar úr lungnablöðrum úr meiri styrk í minni. Flutningur öndunarlofts inn og út úr lugum á sér fyrst og fremst stað vegna þindar og millirifjavöðva. Með hreyfingu vöðvanna breytist loftþrýstingur í brjóstholi sem verður til þess að loft leitar ýmist inn eða út úr lungum.

Mynd 5.5. Öndunarkerfi mannsins.

Þó litlu- og stóru hringrás sé lýst hér sem tveimur hringrásum er þarft að taka fram að hringrásirnar eiga sér stað á saman tíma. Gáttir hjartans dragast saman á sama tíma og hvolf hjartans einnig. Blóðþrýstingur er sá þrýstingur sem blóðið leggur á æðaveggina. Þrýstingur í slagæðum sveiflast með samdrætti hjartans. Þýstingur í slagi er alltaf hærri og kallast slagþrýstingur. Þrýstingur milli slaga er alltaf lægri og kallast þanþrýstingu. Eðlilegur blóðþrýstingur er í kringum 120/70 mmHg.

HJARTALOKUR Hjartalokur eru milli gátta og hvolfa og slagæðalokur milli hvolfa og slagæða. Lokurnar eru einstreymislokur og koma í veg fyrir að blóð renni til baka í vitlausa átt.

Mynd 5.6.1 Litla og stóra hringrás hjarta- og æðakerfisins

Hlutverk taugakerfisins er að nema breytingar í líkama og umhverfi og bregðast við þeim. Taugakerfinu er skipt í tvo megin hluta, miðtaugakerfi og úttaugakerfi. Miðtaugakerfið samanstendur af heila og mænu en úttaugakerfið eru taugarnar sjálfar. Taugungar eru sérhæfðar frumur taugakerfisins en hlutverk þeirra er að flytja taugaboð frá einum stað til annars. Allir taugungar hafa eina eða fleiri griplur sem nema taugaboð og flytja þau til bolsins. Hver taugungur hefur einn síma sem er taugaþráður sem liggur frá bol og flytur taugaboð frá honum til annarrar frumu um taugaenda. Sumir símar eru mjög langir og til þess að boð flytjist sem hraðast eftir þeim eru þeir einangraðir með fituríku mýli.

Hlutverk þvagkerfisins er að hreinsa úrgangsefni og afgangsefni úr blóði og skila þeim út úr líkamanum. Þannig stýra nýrun sem eru tvö og staðsett aftarlega í kviðarholi, efnasamsetningu blóðs og rúmmáli þess. Úrgangsefni sem frumur líkamans gefa frá sér flytjast yfir í blóðrás. Blóð rennur svo til nýrna með nýrnaslagæð þar sem nýrungar, starfseiningar nýrna hreinsa burt úrgangs- og afgangsefnin. Við það myndast þvag sem rennur eftir þvagleiðurum í þvagblöðru og þaðan út úr líkamanum eftir þvagrás. Hvort nýra hefur getu til að hreinsa um 900 lítra af blóði á sólarhring.

Mynd 5.3. Taugungur er sérhæfð taugafruma.

Mynd 5.4. Þvagkerfi mannsins

https://api.bookcreator.com/users/v2/T2LZX4cEUZni7lo6AoVyGMwPf2IwefQUBbInB-71mtQ/books/hbe9e3E6S0qXb8H9skOG_Q/assets/8OSYzW2cSh6DPXhs850YLQ.jpeg?width=1145&height=810

Multipurpose textbook for students of all ages

LÍFF1GL05 Almenn líffræði

Menntaskólinn á Akureyri Haustönn 2023

Fæðing fylgjunnar hefst þegar barnið er fætt en þá leggst fylgjan saman og losnar frá legveggnum. &nbsp;Fylgjan fæðist yfirleitt um hálftíma eftir að barnið er fætt. Ef kona er ekki farin sjálf af stað í fæðingu eftir 41 vikna meðgöngu fær hún tíma í gangsetningu. 25-30% allra þungaðra kvenna á Íslandi fara í gangsetningu en það er stórt inngrip í hið náttúrulega fæðingarferli og er ekki framkvæmt nema að vel athuguðu máli. Hægt er að setja fæðingu af stað með belglosun sem eykur samdrætti sem vonandi þróast yfir í hríðarverki. Með töflum sem er annað hvort kingt eða þær settar upp í leggöng. Töflurnar valda samdráttum í leginu og stytta og mýkja leghálsinn. Eða með dreypi í æð sem einnig framkallar samdrætti í lagi. Val á aðferð ræðst af því hversu hagstæður legháls konunnar er við upphaf framköllunar.

Tvíburar eru af tveim megingerðum, eineggja og tvíeggja. Tvíeggja tvíburar verða til þegar tvö egg frjóvgast í sama tíðahring. Tvíeggja tvíburar geta því verið af sama kyni eða sitthvoru kyni. Samkvæmt lögmálum erfða deila tvíeggja tvíburar jafn mörgum genum og venjuleg systkin, um 50%. Eineggja tvíburar koma hins vegar úr einu frjóvguðu eggi. Þegar frjóvgaða eggið skiptir sér venju samkvæmt með mítósuskiptingu í tvær frumur í upphafi fósturþroskans getur það gerst að frumurnar losna hvor frá annarri og mynda tvo einstaklinga sem erfðafræðilega eru nánast eins. Aðskilnaðurinn getur líka átt sér stað síðar, þ.e. eftir nokkrar frumuskiptingar í viðbót en oftast loða frumurnar saman og til verður aðeins einn einstaklingur. Þar sem eineggja tvíburar koma úr sama frjóvgaða egginu eru þeir ávallt af sama kyni.

Mynd 6.7. Fæðingu er oftast skipt í þrjú tímabil, útvíkkunartímabil, rembingstímabil og fæðing fylgjunnar.

Mynd 6.8. Af einu eggi og mítóskuskiptingu myndast eineggja tvíburar en tvíeggja tvíburar myndast úr tveimur eggjum.

1.5. Byggingarefni lífvera

Uppgötvanir í vísindum eru sjaldnast gerðar af einum einstakling heldur eru þær samansafn vitneskju eða ferlis sem tekur oft langan tíma. Upphaf frumukenningarinnar má rekja til Roberts Hooke (1635-1703) sem lýsti frumum í fyrsta skiptið í bók sinni Micrographia árið 1662. Hooke hafði skoðað kork í smásjá og tekið eftir því að hann samanstóð af hólfum sem hann nefndi ,,cells“ því honum fannst hólfin minna sig á vistaverur munka í klaustrum, cellula. Löngu seinna kom svo fram íslenska heitið fruma.&nbsp;Með þróun smásjáa og smásjáarannsókna í upphafi 19.aldar urðu miklar uppgötvanir í líffræði sem margir vísindamenn komu að. Matthias Schleiden (1804-1881) og Theodor Schwann (1810-1882) eru taldir höfundar svokallaðrar frumukenningar sem sett var fram árið 1839 en Rudolf Virchow bætti veigamiklu atriði við kenninguna nokkrum árum seinna.&nbsp;&nbsp;

Frumukenningin felur í sér að: ● Allar lífverur eru gerðar úr frumum, einni eða fleirum ● Fruman er minnsta eining sem gædd er eiginleikum lífs ● Allar frumur eru komnar af öðrum frumum

Sumar lífverur eru aðeins myndaðar úr einni frumu. Dæmi um einfruma lífverur eða einfrumunga eru bakteríur og frumverur. Flóknari lífverur eru hins vegar samansettar úr mörgum ólíkum frumugerðum. Slíkar lífverur kallast fjölfruma lífverur eða fjölfrumungar.

Í þessum undirkafla verður fjallað um byggingarefni lífvera sem skipast í tvo flokka: lífrænefni og ólífrænefni.&nbsp;&nbsp;Þrátt fyrir að fruman sé minnsta byggingareining lífvera sem gædd er öllum eiginleikum lífs er hún ekki minnsta byggingareining lífvera. Frumur samanstanda af ýmsum frumulíffærum (sem við skoðum nánar í næsta kafla) sem eru byggð úr allskonar efnum. Þá taka ýmis efni þátt í efnahvörfum og líkamsstarfsemi lífvera. &nbsp;Smæð frumna í líffræði má líkja við atóm í efnafræði. Atóm eru smæstu aðgreinanlegu einingar frumefnis en þau eru mynduð úr rafeindum, róteindum og nifteindum. Á sama hátt er fruman minnsta eining lífvera sem uppfyllir öll einkenni lífvera en fruman er svo gerð úr enn smærri einingum. Áður en lengra er haldið er rétt að árétta að flokkun efna í lífræn og ólífræn efni hefur ekkert með það að gera hvort að efnin séu lífræn í þeim skilningi að þau séu ,,náttúruleg“ eða finnist í náttúrunni – efni beggja hópa gera það. Ólífræn efni eru skilgreind á þann hátt að þau eru efnasambönd sem innihalda ekki frumefnið kolefni (táknað með C í lotukerfinu). Á þessu eru þó undantekningar. Lífræn efni eru hins vegar efnasambönd sem innihalda kolefni, eða kolefnisgrindur (mörg kolefni sem tengjast saman).&nbsp;&nbsp;

Mannkynið hefur stundað kynbætur, það að stýra blöndun erfðaefnis milli skyldra lífvera eða tegunda, á dýrum og plöntum í þúsundir ára. Hveitijurtin er gott dæmi um slíkar kynbætur en fyrir meira en tíu þúsund árum fóru bændur við Miðjarðarhafið að rækta villta grastegund sem hveiti er komið af. Ólíkt því sem á sér stað í náttúrunni vegna náttúrlegs val (munum að valið er vélrænt og gerist sjálfkrafa) þar sem eiginleikar sem henta best hverju sinni veljast úr getur maðurinn valið þá eiginleika sem hann vill rækta áfram þegar kynbætur eru stundaðar. Markmiðið með kynbótum er þannig að velja þau gen sem henta ræktendum hverju sinni, hvort sem um er að ræða nautgripi sem mjólka meira, plöntur sem eru harðgerðari eða steinlausa ávexti.&nbsp;&nbsp;

Mynd 7.5.4. Villtur banani og erfðabreyttur banani.