1. Строение и функции нервной системы человека
Нервная система воспринимает внешние и внутренние раздражители, анализирует и хранит полученную информацию и в соответствии с ней регулирует работу всех систем организма, обеспечивает координацию их деятельности.
Нервная система выполняет свои функции благодаря тому, что нервные клетки (нейроны) обладают особым свойством – возбудимостью. В ответ на раздражение нервные клетки способны генерировать короткие электрические сигналы – нервные импульсы: нервная клетка изменяет свой потенциал с отрицательного на положительный по отношению к внешней среде, а затем происходит возврат к уровню потенциала покоя. Это явление называется потенциалом действия и является универсальной формой реагирования нейронов на самые разные стимулы.
После генерации потенциала действия в каком-либо месте нейрона (обычно это его дендрит либо тело) нервный импульс начинает распространяться по всей его мембране и при определенных условиях в конце концов направляется по аксону к следующей нервной клетке (мышечному волокну и т.п.). Эта способность передавать сигнал по своим отросткам к другим клеткам называется проводимостью и является вторым главным свойством нейронов, обеспечивающим работу нервной системы. Скорость проведения является важнейшей характеристикой, определяющей скорость нашего мышления и реагирования на внешние события. Она достигает 100–130 м/с благодаря наличию вокруг аксонов специальных электроизолирующих оболочек, формируемых нейроглиальными клетками. Такие оболочки богаты жироподобным веществом миелином и потому называются миелиновыми.
Нервные импульсы в чувствительных нейронах возникают под влиянием различных внешних стимулов, а в остальных нейронах – под действием сигналов, поступающих через синапсы – места контакта между нейронами.
В синапсе аксон предыдущей нервной клетки подходит на очень близкое расстояние к дендриту (реже – телу) следующего нейрона и образует характерное утолщение – пресинаптическое окончание. При приходе в пресинаптическое окончание потенциала действия происходит выделение особого химического вещества – медиатора. Медиатор воздействует на мембрану следующего нейрона, вызывая его возбуждение и генерацию нового нервного импульса либо торможение и прекращение такой генерации. В связи с этим выделяют возбуждающие и тормозящие медиаторы (например, глутаминовая кислота и гамма-аминомасляная кислота соответственно). Связи нервных клеток с периферическими органами обеспечивают такие медиаторы, как ацетилхолин и норадреналин.
Итак, проведение нервных импульсов и выделение различных медиаторов могут вызывать в нервной системе развитие двух основных процессов – возбуждения и торможения. Возбуждение характеризуется проведением и обработкой информации, ее запоминанием, запуском ответных реакций организма – рефлексов. Торможение – это, напротив, блокирование проведения информации и запуска тех или иных рефлексов. Торможение лежит в основе привыкания нервной системы к повторно действующим незначимым сигналам. Оно же является необходимым компонентом внимания – когда из множества действующих на организм раздражителей мы сосредотачиваемся только на важных, значимых и не реагируем на остальные.
Яркий пример взаимоотношений процессов возбуждения и торможения в нервной системе – циклическая смена сна и бодрствования. Этот процесс обеспечивается специальными центрами бодрствования и сна. Первые связаны с различными органами чувств и будят нас при появлении сильных внешних сигналов (например, звонка будильника), а затем поддерживают тонус нервной системы в течение светлого периода суток. Вторые способны тормозить центры бодрствования и работу большинства нервных центров для обеспечения их отдыха. Впрочем, даже во время сна нервная система периодически переходит в более активное состояние. Это так называемый быстрый, или парадоксальный, сон, связанный с обработкой накопленной за день информации и сновидениями.
Анатомически нервная система делится на центральную и периферическую. У человека в состав центральной нервной системы входят спинной мозг и головной мозг. Тела нейронов находятся главным образом здесь, их скопления образуют серое вещество мозга. Скопления отростков нервных клеток, покрытых миелиновыми оболочками, называют белым веществом мозга. Периферическая нервная система – это нервы и нервные узлы (скопления серого вещества вне центральной нервной системы). Нервная система образована тремя разными по функциям типами нейронов: чувствительными клетками, передающими в мозг нервные импульсы от органов зрения, слуха и др., а также от внутренних органов; исполнительными клетками, проводящими потенциалы действия к мышцам и железам; вставочными (промежуточными) клетками. Последних в мозге человека больше всего, и именно они обеспечивают способность нервной системы к тонкому реагированию на изменение внешних условий, обучение и формирование временных связей как первой, так и второй сигнальной систем.
2. Сельскохозяйственные растения. Их происхождение и выращивание
Сельскохозяйственные (культурные) растения произошли от дикорастущих видов. Первобытный человек, находя растения со съедобными плодами, семенами, корнями, позднее стал выращивать их вблизи своего жилища. При этом он заметил, что уход за растениями (рыхление почвы, полив, уничтожение сорняков и вредителей) увеличивает и улучшает урожай. Кроме того, постоянно отбирались особи с наиболее ценными свойствами, поскольку именно они являлись самым качественным посевным материалом. В результате происходила стихийная селекция культурных растений и появились различные их сорта.
Сортом называется однородная группа (популяция) растений с определенными признаками и свойствами, искусственно созданная человеком. Признаки сорта передаются по наследству, хотя в полной мере проявляются лишь при определенных климатических условиях и соответствующем уходе (агротехнике). Характерно, что в полеводстве и овощеводстве подавляющее большинство растений размножается семенами, и чисто генетических факторов достаточно для сохранения свойств сорта. В плодоводстве обычно используется вегетативное размножение (черенки, прививки и т.п.).
В настоящее время селекция представляет собой одну из прикладных областей биологии и использует для создания и улучшения сортов растений не только традиционные способы скрещивания и отбора, но и различные генетические и молекулярно-биологические методы. Они позволяют создавать полиплоидные сорта, проводить отдаленную (межвидовую) гибридизацию, а также проводить направленные изменения ДНК растений, придавая им устойчивость к различным заболеваниям и т.п.
Чем разнообразнее исходный материал, используемый для селекции, тем больше возможностей он дает для успешного создания новых сортов и тем эффективнее селекция. Источником такого разнообразия служат прежде всего исходные (дикие) популяции растений – предков современных пшеницы, картофеля и т.п. При этом тот район, где обнаружено наибольшее генетическое разнообразие предков какого-либо вида культурного растения, является, очевидно, и местом его происхождения и одомашнивания. Систематическое исследование таких районов проведено Н.И. Вавиловым, который установил следующие 8 центров древнего земледелия.
1. Индийский (Южноазиатский) центр включает в себя полуостров Индостан, Южный Китай, Юго-Восточную Азию. Этот центр – родина риса, цитрусовых, огурцов, сахарного тростника и многих других видов культурных растений.
2. Китайский (Восточноазиатский) центр включает в себя Центральный и Восточный Китай, Корею, Японию. В этом центре были окультурены человеком просо, соя, гречиха, редька, вишня, слива.
3. Среднеазиатский центр включает в себя страны Средней Азии, Иран, Афганистан, Северо-Западную Индию. Это родина мягких сортов пшеницы, гороха, бобов, льна, чеснока, моркови, груши, абрикоса.
4. Переднеазиатский центр включает в себя Турцию и страны Закавказья. В этом районе были окультурены рожь, ячмень, роза, инжир.
5. Средиземноморский центр включает в себя европейские, африканские и азиатские страны, расположенные по берегам Средиземного моря. В этом центре родина капусты, маслин, петрушки, сахарной свеклы.
6. Абиссинский центр расположен в относительно небольшом районе современной Эфиопии и на южном побережье Аравийского полуострова. Этот центр – родина твердых пшениц, сорго, бананов; из всех центров древнего земледелия он является самым древним.
7. Центральноамериканский центр включает в себя Мексику, острова Карибского моря и часть стран Центральной Америки. В этих местах – родина кукурузы, тыквы, хлопчатника, табака, красного перца.
8. Южноамериканский центр включает в себя западное побережье Южной Америки. Это родина картофеля, ананаса, томатов, фасоли.
Н.И. Вавилов сделал вывод, что, во-первых, в различных районах независимо одомашнивались близкие, но разные виды растений. Например, бобовые начали разводить и в Средней Азии (горох, бобы) и в Южной Америке (фасоль). Во-вторых, древние земледельцы выбирали для разведения всего 1–2 из многих диких видов. Если взглянуть на карту, то видно, что центры происхождения культурных растений совпадают с местами расположения великих цивилизаций древности (Египет, Китай, государства майя, ацтеков и др.).
Анализ огромного количества культурных растений и их дикорастущих предков позволил Н.И. Вавилову сформулировать закон гомологических рядов наследственной изменчивости, имеющий большое значение как для генетики, так и для практической селекции: «Генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости, и зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение сходных форм у родственных видов и родов».
Так, Н.И. Вавилов исследовал изменчивость признаков у растений из семейства злаковых. Из 38 различных признаков, которые характерны для различных видов этого семейства (окраска колосковых чешуй и зерна, остистость и безостость, форма зерна, строение листьев, окраска всходов, озимость и яровость, холодостойкость и т.д.), у ржи и пшеницы Н.И. Вавилов обнаружил по 37 признаков, у овса и ячменя – по 35, у кукурузы и риса – по 32.
Закон гомологических рядов позволяет предсказать существование диких растений с признаками, ценными для селекционной работы. Например, долгое время были известны лишь многосеменные сорта сахарной свеклы, у которых 3–5 семян соединены в клубочек. При его прорастании лишние побеги приходилось удалять вручную. Однако оказалось, что у дикорастущих видов свеклы имеются растения с односеменными плодами. Тогда начался поиск плодов с одним семенем и у культурной свеклы. В результате обследования огромного числа растений удалось найти такие особи, и на их основе были получены нынешние сорта сахарной свеклы с одним семенем.
Процесс выращивания культурных растений включает целый ряд стадий, правильное выполнение которых позволяет получить максимально высокий урожай. Выбранные для посадки семена должны правильно храниться в сухом и обычно прохладном месте. Перед посадкой их рекомендуется подвергать химической обработке, убивающей споры болезнетворных организмов. Ранней весной высеивают семена холодостойких растений (пшеница, овес, горох), прорастающие при низкой температуре и обилии влаги. Когда почва достаточно прогреется, высеивают семена теплолюбивых растений (кукуруза, фасоль, огурцы, томаты). Глубина посева семян зависит от их размера и свойств почвы.
В ходе развития проростков очень важны своевременный полив, рыхление почвы для доступа к корням кислорода, внесение минеральных удобрений. Периодически проводится обработка растений химикатами, убивающими вредителей. Пикировка корней, окучивание и подвязывание растений, удаление лишних побегов и завязей – все это направлено на формирование развитой корневой системы и создание оптимальных условий для созревания плодов. В садоводстве особое значение имеют правильная обрезка и формирование кроны дерева.
Среди культурных растений важнейшее значение для жизни человека имеют различные виды и сорта злаков. Эндосперм их семян содержит значительное количество как углеводов, так и белков, что делает муку и крупы важнейшими пищевыми продуктами. Еще богаче белками бобовые растения. Кроме того, их выращивание обогащает почву азотом. Источником наиболее полезных для нашего организма жиров служат масличные культуры. Овощи и фрукты поставляют пищевые углеводы, необходимую для нормальной работы кишечника клетчатку, множество минеральных веществ и витаминов.
Таким образом, растительные продукты составляют основу нашего питания (и питания домашних животных), в связи с чем задача селекции и выращивания культурных растений сохраняет и будет сохранять для человечества огромную важность.