manual pentru clasa a A aXII

Stelica ENE

Gabriela BREBENEL

Elena Emilia IANCU

BIOLOGIEMinisterulEducatiei,• t 1

Cercetariisi

Tineretului

EdituraGIMNASIIM

C lJP R lN S

Capitolul I. GENETICA / 5

1.1 GENETiCff MOLECULfiRfl / 51. G e n c tic a m o le c u la ra -s t i in ta v i i to ru lu i / 5i *

1.1. Genetica-trecut, prezent, perspective / 52. Acizii nucleici-struetura si functii / 8•> ^

2.1. Rolul si structura acizilor nucleici / 8 ‘2.2. ADN-spirala vietii /13LP. Modelarea structurii dublu catenare a ADN /182.3. Struetura si tipurile de ARN /192.4. Functia autocatalitica si heterocatalitica / 22

3. Organizarea inaterialului genetic / 293.1. Materialul genetic la virusuri si proeariote/29 3.2* Matcrialul genetic la eucariote / 32L.P. Evidentierea cromozomilor uriasi la Drosophila m elanogaster/35 L.P. Evidentierea cromozomilor prin metoda rapida de colorare cu solutie carmin-acetica/35 3.3. * Genomica / 36

4. Reglajul genetic /404.1. * Reglajul genetic la procariote/404.2. Reglajul genetic la eucariote / 44 Evaluare / 48

I..2. Genctica umana / 501. Genomul uman /' 50

^ 1 . 1 . Complementul cromozomial uman / 50 L.P. Analiza de cariotip / 54 L.P. * Evidentierea cromatinei sexuale la om / 56

2 . Caractere fenotipice umane / 57^ 2 .1 . Determinismul genetic al caracterelor fenotipice umane / 51

L.P. Stabilirea spectrului genetic individual / 623. Diversitatea genetica umana / 63

3.1. Genetica raselor umane / 634. Mutagcncza si teratogcneza / 6 6

^ 4 .1 . Mutagenezasi teratogcneza umana 664.2. Anomalii cromozomiale asociate cancerului uman / 73

3

5. Imunogenetica / 765.1, Antigens. Alergii. Anticorpi / 76

6 . Consideratii biocticc in genetica umana / 816 .1. Domenii de aplicabilitate in genctica umana / 8 1 Evaluare / 85

Capitolul II. ECOLOGIA UMANA / 891. P a r t ic u la r i ta t i le e c o s is te m e lo r a n t ro p iz a te / 89

1.1. Particularitati ale biotopului si biogenezei in ecosistemele antropizate / 89 L.P. * Investigarea sistem elorantropizate/94L.P. Analiza factorilor abiotici / 96L.P. Determinates structurii trofice in ecosistemele antropizate / 991.2. * Particularitati ale fluxului de materie si energie in ecosistemele« « c

antropizate / 1 0 1

2. * Structura si dinamica populatiilor umane /1052.1. Stmctura si dinamica populatiilor umane /105L.P. * Analize statistice ale structurii si dinamicii populatiilor / 110

3. ImpactuI antropic asupra eeosistemelor naturale /1143.1. ImpactuI antropic asupra ecosistemelor naturale /114L.P. Evidentierea impactului antropic asupra ecosistemelor / 119

4. Efectele deteriorarii ecosistemelor asupra sanatatii umane /1204.1. Efectele deteriorarii ecosistemelor asupra sanatatii umane /120

5. Conservarea resurselor naturale si a biodiversitatii /1265.1. Conservarea resurselor naturale si a biodiversitatii /126

6 . * Dezvoltarea durabila / 1316.1. Dezvoltarea durabila/131 Evaluare/134

Bibliografie / 136

Sola: Temele evidentiate cu (*) sunt siudiuie la clasele cu 2-3 ore/ saptamdna.

4

1.1. GENETICA MOLECULAR#

i G E N E T I C A M O L E C U L A R A

t n n r r A a v i i t o r u l u i

G tn tlieo - trccut, p rtzcn l, perspective

Gregor Mendel - Teoria factorilor ered itari

Primul oin de stiinta care a inteles ca trasaturile ereditare nu se transmit direct de la mama si de la tata, la copii, ci indirect prin intermediul factorilor ereditari (denumiti mai tarziu gene), a fost Gregor Mendel (fig. 1).

Mendel a experimentat in mod deosebit pe mazare (Pisum sa tivum ), p la n ta care se rep ro d u ce prin autopolenizare (autogamie). Pentru aceste cercetari, el a ales soiuri care aveau caractere d istincte (contrastante) si constante, efectuand numeroase hibridari, prin polenizareartificiala si incrucisata ai *plantelor,

R e a m in t i t i - v a experientele de m ono - hibridare si dihibridare efectuate de Mendel /

Meritul lui Mendel a fost introducerea notiunii de factor ere ditar - un c o rp u scu l de n a tu ra m a te r ia ls lo c a liz a t in nucleul celular. Mendel a analizat statistic rezultatele incrucisarilor. determinand cu precizie frecventa cu

Sfi ne reamintim !

Genetica este stiinta ereditatii% y »si a v a r ia b ili ta ti i- la tu ri inseparable ale proceselor vietii.

Ereditatea este proprietatea fundamentals a vietuitoarelor care asigura transmiterea cu fidelitate a tra sa tu r ilo r m o rfo lo g ice , fiziologice, de com portam ent, adica a caracterelor ereditare, de la p a rin ti la d e sc cn d e n ti. Ereditatea are astfel un caracter stabilizator, care asigura legatura organica dintre generatii.

Variabilitatea este forma de manifestare a diversi tatii lumii vii. Este proprietatea urmasilor de a se deosebi de parinti cat si de frati, astfel meat fiecare individ este un unicat.

Trasaturile care se transmit constant, cu mare fidelitate, de-a lungul generatii lor dc la parinti ia descendenti se numesc caractere ereditare.

care apar diferitele tipuri de caracteristici, nu numai in prima generatie filiala ci si in a doua si a treia generatie.

Organismele in care factorii ereditari pereche sunt de acelasi fel se numesc homozigote (bob neted AA, bob zbarcit aa), iar cei in care factorii ereditari pereche sunt diferiti, se numesc heterozigote (Aa).

La indivizii heterozigoti se manifesta doar unul din caractere si anume cel dominant (A) iar cel recesiv (a) ramanc in stare ascunsa. Conditia ca un caracter recesiv sa se manifeste este aceea ca faetorul ereditar ce detennina acest caractcr sa fie in dublu exemplar (aa). Mendel a deseoperit deosebirea dintre structura genetica a organismelor, numita ulterior genotip si infatisarea organ ismelor, numita ulteriorfenotip (rezultatul interactiunii dintre genotip si mediul de viata).

Studiul modului cum se comporta in descendenta hibrizii rezultati in urma monohibridarii si dihibridarii 1-a condus pe Mendel la formularea teorieifactorilor ereditari descoperind legile ereditatii.

1. Legea puritatii gametilor :gametii sunt totdeauna puri din punct de vedere genetic indiferent ca provin din indivizi heterozigoti sau homozigoti deoarece contin numai unul din factorii ereditari pereche.

2. Legea segregarii independente aperechilor de caractere. Prin combinarea probabilistic^ a gametilor indivizilor din prima generatie F,, apare in generatia a doua F fenomenul segregarii caractere lor. Conform acestei legi fiecare pereche de factori ereditari segrega independent de alte perechi de factori ereditari. Rapoilul de segregare in F2 este de 3D : Ir pentru fiecare pereche de factori ereditari iar, in cazul a doua pcrechi de caractere raportul dc segregare este de 9:3:3:1 (dihibridare).

Mendel devine astfel fondatorul geneticii ca stiinta, iar anul 1865 - anul publicarii rezultatelor experientelor sale reprezinta anul aparitiei uneia dintre cele mai tinere si fascinante stiinte.

Contemporanii nu 1-au inteles pe Mendel. Cand acesta a murit. a fost onorat pentru functiile sale sociale, dar ignorat pentru opera sa. In anul 1900 trei mari cercetatori - botanisti europeni: Hugo de Vries, Carl Correns si Erich Tschermak, in urma unor experience efectuate independent unul de altul, uimiti de regularitatea matematica a aparitiei unor caractere la urmasi, s-au grabit sa-si publice rezultatele. Impecabilele lor lucrari nu mai constituiau piioritati, ci doar confinnai’ea cercetarilor efectuate cu aproape 35 dc ani in urma de Gregor Mendel.

Th. Morgan - Teoria croxnozonaiala a ereditatii

Mendel nu dispunea nici de cunostintc citologiee. nici de mijloaee tehnice care sa-i pernrita detectarea factorilor ereditari.

Odata cu dezvoltarea unor noi ramuri ale biologiei (citologia - stiinta care se ocupa cu studiul celulei) se descopera cromozomii si ulterior rolul lor in transmiterea caracterelor ereditare.

La inceputul secolului al XX-lea, Thomas Hunt Morgan (fig.2) a demonstrat ca factorii ereditari, num itigene. sunt localizati in cronuKomi. Th. H. Morgan - laureat al premiului Nobel, si echipa de cercetatori de la Univcrsitatea Columbia au elaborat teoria cromozontiala a ereditatii. Ca urmare apare o noua stiinta, citowenetica. care studiaza ereditatea la nivel celular. Tezele acestci teorii sunt uiTnatoarele:

I . Pentru fiecare caracter exists cel putin o gemu iar fiecare gcna ocupa un anumit loe ( locus - loci) in cromozom. Genelesuntdispusein cadrul caimozomului intr-oanumitasuccesiunc: dispunerea lineara a gene tor in cromozomi;

6

2. Genele localizate in acelasi cromozom au tendinta de a se* • transmite impreunS la dcscendenti (linkage): trammiterea inlantuita a genelor dispuse in acelasi cromozom;

3. Intre cromozomii perechi se pot realiza schimburi reciproce de fragmente de ADN (crossing-over): schitnbul reciproc de gene intre cromozomii omologi.

Rezultatele obtinute prin experience realizate pe Drosophila melanogaster, i-au dat o mare satisfactie lui Morgan deoarece, pe de o parte confirma teoria sa dupa care genele se transmit inlantuit si, in acelasi timp, ofereau o exceptie fenomenul de crossing-over, ce facea ca teoria lor ereditara sa poata explica si aparitia diversitatii in natura.

Catre anul 1933 Morgan si colaboratorii sai au alcatuit deja primele ”harticromozomiale*.

A cizii nucfeici in cen tral atentiei

In anul 1928, medicul englez F Griffith a deseoperit un fenomen de o foarte mare importanta- transformarea genetica - caruia nu a reusit sa-i dea o explicatie foarte clara la momentul respectiv, dar care va deveni una din metodele ingineriei genetice, de transfer de gene de la o specie la alta.

In 1944 se publica rezultatele unei experiente cruciale in biologie. O. T. Avery, C. McLeod si M. McCarty, continuand experientele doctorului Griffiths descopera ca ADN-ul extras din pneumococi III S transformapneumococii II R in pneumococi III S, deci ADNeste misteriosulfactor transformator al doctorului Griffith.

Ideea ca ADN este purtatoru! informatiei ereditare a fost confirmata de multe alte experiente de transformare genetica efectuatc pe bacterii, plante si animate.

./. Watson si F. Crick anunta in 1953 ca au reusit, cu ajutorul razelor Roentgen, sa descopcre structura macromolecuiei ADN. Modetul lor este confirmat de M. Wilkins si toti trei vor fi distinsi cu%premiul Nobel pentru m edicina si biologie (1962),

Modelul structurii bicatenare a ADN-ului este cea mai mare descoperire din secolul al XX-lea in domeniul biologiei.

Daca in epoca aparitiei geneticii ca stiinta, la inceputul secolului al XX-lea, factorii ereditari mendclieni erau inca nistc unitati ipotetice deduse pe baza unor calcule statistico matematice, in epoca noastra, cu ajutorul metodelor moderne de investigate s-a patruns tot mai adanc in intimitatea mecanismului ereditar.

S-au tacut progrese in studiul bazelor biochimice ale ereditatii, ale codului si reglajului genetic, in cunoasterea procesului mutagen dar si in domeniul geneticii populatiilor. A luat astfel nastertgenetica moleculara,care studiaza ereditatea la ni vel biochim ic/iind cea mai tanara si mai moderna ramura a geneticii.

Caracteristic pentru epoca actuala de dezvoltare a geneticii moleculare este imbinarea armonioasa a cercetarii fundamentale cu cea aplicativa, fenomen care a facut posibila dezvoltarea medicinii, agriculturii, zootehnici, industriei fermentative, etc. ce due la rezolvarea unor probiemc fundamentale aleumanitatii.

Inzestrata cu o forta extraordinara de a putea sa schimbe ’’natura biologica“, genetica viitorului poate ti asemanata cu energia atomica. Dcpindc de intelepciunea omului dc a sti sa foloseasca aceasta forta in interesul sau in dctrimcntul sau.

7

1 ftetineti !» r• Anul 1865 - Johan Mendel, num it dupa calugarie Gregor Mendel, publica luerarea

’'Experiente asupra hibrizilor la plante“ , in care sunt redate experientele de hibridare la mazare si formulate primele legi ale ereditatii. Gregor Mendel pune bazele celei mai fertile dintre stiintele biologice ale secolului XX - genetica clasica.

Anul 1900 - a insem nat actul de nastere al geneticii ca stiinta, cand cei trei cercetatori europeni au readus la lumina legile lui Mendel.

Anul 1909 - Johansen propune termenul de gena notiunii de factor ereditar.Anul 1910 - Th. H. Morgan elaboreaza teoria cromozomiala a ereditatii si pune bazele

citogeneticii.Anul 1944 - O. T. Avery si colaboratorii au dovedit ca ADN este substratul ereditatii.Anul 1953 - J. D. Watson si F. H. Crick au propus modelul de structure bicatenara a ADN*

1. Precizati trei momente decisive din istoria geneticii motivand alegerea voastra.2. Imaginati modele de transmitere a genelor folosind doua seturi identice de carti de joc.

Puteti avea in vedere 1, 2 , . . . X caractere.3. Defmiti urmatoarele notiuni pe baza cunostintelor din clasa a IX-a: ereditate, variabilitate,

genotip, fenotip, homozigot, heterozigot, cromozomi, eariotip, recombinare genetica.

2 HCIZII NUCLEICI - STRUCTURE SI FUNCTII

f f lRolul si structure ocizilor nucleic!

Misterloaul factor tran iform ator al doctorului G riffith

Sfi ne reaminfim !

Acizii nucleici au un rol deosebit de important in depozitarea informatiei g e n e tic e , ei f iin d p u rtS to rii caracterelor ereditare.

In 1928, bacteriologul englezJ. Griffith comunica la Cambridge o experienta extrem de ciudata. Lucra de la un timp cu pneumococi, tipul 11 si 111, care se deosebesc intre ele prin caracteristici biochim ice usor detectabile. De asemenea, avea unele eprubete cu culturi virulente, care provoaca moartea soarecilor folositi in experiente si alte eprubete cu culturi de pneumococi blanzi'\ are nu omorau soarecii. Pe medii decultura, pncumococii virulenti formau

colonii mici, netede, de forma ”S“ (”SU de la smooth = neted). Cei nevirulenti formau colonii zbarcite la suprafata, de forma ”R i4 (rough = aspru).

Griffith a facut doua suspensii de microbi:a) prima continea pneumococi II Rnevirulenti;b) a doua continea pneumococi III S, virulenti.

8

sPneumococinevirulenti

s 9!Pneumococi

virulent!Pneumococi

virulenti prin c;

Pneumococi nevi­rulenti si virulenti-

omorati prinira

aoaroceletraleste

soarecelomoar*

soareceletraieste

soerecetemoare

Fig. 3 • E xperim en te le lui G riffith

El nu dorea sa ucida animalele, ci sa prepare un vaccin. Pentru aceasta a omorat prin caldura microbii din suspensia b., apoi a inoculat ambele suspensii unui lot de soared albi de laborator si a asteptat.

Spre su rp rinderea lui G riffith , marea majoritate a soareeilor au murit, desi prima suspensie le adusese microbi vii dar nepericulosi, iar a doua numai resturile microbilor virulenti. (fig. 3)

Contrariat la cuime, cercetatorul a repetat experienta dc mai multe ori cu acelasi rezultat. Pentru a vedea ce microb *a omorat soared i, el a insamantat pe medii de cultura sange din cordul soareeilor morti. A constatat ca pe medii crescusera si se inmultisera pneumococi de tip 111 S virulenti, pe care Griffith ii stia morti si verificase ca sunt morti,

Singura explicate a fenomenului era ca de la cadavrele pneumococilor 111 S a trecut "ceva" in celulele pneumococilor II R pe care i-a transformat in pneumococi III S virulenti.

Acel ”ceva “ continea informatia ereditara care, odata ajunsa in noul organism, a functionat si a fost transmisa urmasilor.

Stru ctu re chimica a acitilo r nucleiciAcizii nucleici sunt substante chimice macromoleculare, care reprezinta cei mai lungi polimeri

din lumea vie.Pentru ca unitati le structurale ale acizilor nucleici - monomerii - se numesc nucleotide, atunci

putem spune ca macromoleculele acizilor nucleici sunt polinucleotide.O nucleotida este alcatuita din trei componente (fig.4)a) o baza azotatd;b) un zahar (o pentoza);c) un acidfosforic. (P).Exista doua categorii de acizi nucleici a caror denumire deriva de la tipul de zahar pentozie pe

eare il contin nucleotidele lor si care poate fi dezoxiriboza - D si riboza -R (fig.5). Se deosebesc astfel:- ADN - acidul dezoxiribonucleic, a carei macromolecula prezinta doua catene (lanturi)

polinucleotidice;- ARN - acidul ribonucleic, a carei molecula prezinta de obicei o singura catena polinucleotidica.Din cele trei componente ale nucleotidelor, doar bazele azotate confera specificitate in cadrul

fenomenului ereditar deoarece, pentozele si radicalul fosforic sunt comune tuturor macromoleculelor

HO-SCH

Fic. 5 • R iboza si dezoxiriboza

9

Ia d e n i n A GUANINA

l ibt. 7 • Baye purin icc: a) A denina; l») G u an in aL

Pig. 6 • Nuclei*I pu rin ic

Fig.8 * Nucleul p irim id iu ic

NH-

T IM IN A URAC IL

i nFig. 9 ♦ Baze pi rim idi nice

5‘fosfat

L.e|»5luj‘iIbsfodicstctice

o - -O -C H

0

.Vhidroxil

H H'

OH H

Fig. 10 • L ega tu ri fosfodiesterice t

de ADN din lum ea vie. B azele azotate din macrom olecula acizilor nucleici sunt de doua tipuri: purinicc si pirimidinice. Bazele azotate purinice au ca elem ent esential doua cicluri condensate insumand 5 atomi de carbon (C) si 4 atomi de azot (N)(fig. 6 ). Hie sunt adenina - A si guanina - G(fig.7). Bazele pirimidinice au un singur ciclu cu 4 atomi de carbon (C) si doi atomi de (N) (fig.8 ). Ele sunt: timina -T, citozina - C si uracilul -U ( f ig .9). In tre n u c le o tid e le macromoleculelor de acizi nucleici sc stabilesc legaturi intracatenare si intercatenare.

a.Legaturile dintre nucleotide in cadrul m onocatenei sau lantului po linucleo tid ic intracatenare - sun t leg a tu ri c o v a le n te , fosfodiesterice pe care le realizeaza radicalul fosfat (P) cu pentozele intre al treilea carbon (C,) al pentozei unui nucleotid si al cincilea carbon (Cs) al pentozei nucleotidului urmator (fig. 10). Atat in ADN cat si in ARN in cadrul structurii primate (m onocatenare) nucleotidele alcatuiesc, prin radicalii lor glucidofosforici, un adevarat schelet sau coloana de care sunt legate bazele azotate (f ig . 11)

10

b. Legaturile dintre nucleotide apartinand celordoua catene polinucleotidice intercatenare - se realizeaza intre bazele azotate purinice si cele pirimidinice. Acestea sunt legaturi de hidrogen, de slaba cncrgie. Ceea ce este cu adevarat uimitor in ”modelul“ prezentat de Watson si Crick in 1953 privind structure ADN. este faptul ca bazele purinice si cele pirimidinice sunt plasate in molecula de ADN intr-un mod foarte precis. Totdeauna adenina este legata de timina prin legaturi duble, iar citozina este legata de guanina prin legaturi triple (fig. 1 2 ):

A = T T = A C=G G=C A fost stabilita astfel legea complementaritatii bazelor

azotate care evidentiaza ca intr-o molecula de ADN bicatenar (form ata din doua catene) bazele azotate se imperecheaza specific. Acelasi lucru se intampla si in cazul in care ARN-ul este bicatenar cu o singura exceptie: tim ina este inlocuita cu uracilul:

A = U U = A C=G G=C Observam ca exista 4 tipuri de nucleotide corespunzatoare

celor 4 baze azotate caracteristice fiecarui tip de acid nueleic(fig. 13):

In ADN: In ARN:P - D - A ; P - R - A ;P - D - G ; P - R - G ;P - D - C ; P - R - C ;P - D - T . P - R - U .

Aceste 4 tipuri dc nucleotide sunt echivalente cu 4 litere ale unui alfabet. Alfabctul folosit de "mana evolutiei“, pentru a scrie o atat de vasta informatie ereditara pe ADN, pare extrem de sarac la o prima vedere -A, T, G, C, dar in realitate posibilitatile de codificare biochimica si deci de realizare de seturi diferite de

Fig. 11 • I,an t po lim ie lco tid ic ■

Fig. 12 • Punti dc h idrogen f f

ARN

Adenina ^

Guanina ^ WH O M

Uracil

G rupare ^

B aza azo ta ta

OH OH Riboza

Baza azotata

G rupare H fosfa t

OH H Dezoxiriboza

Fig. 13 • N ucleotide cu h a /e pu rin ice si p irim id in ice

11

informatie ereditara sunt teoretic infinite. Stiind ca in mod normal secventa de nucleotide a macromoleculelor de acizi nucleici biologic active au ca limita inferioara circa 3000 nucleotide, ajungand la limite superioare de ordinul de sute de mii de milioane de nucleotide, ne putem expliea enormul potential de codificare pe care il poseda acizii nucleici. La aceasta se adauga si faptul ca uniunile de tipul A - T si C - G:

a.pot sa altemeze;b.pot sa se repete de 2, 3 ori;c.pot sa altemeze inversat A - T, urm at de T A.Cu cat sistemul are mai multe componente si acestea sunt mai diferentiate, informatia este mai

bogata si mai complexa.Rolul acizilor nucleici1. Acizii nucleici reprezinta substratul ereditatii. Ei auinscrisa, sub forma de codificare biochimica

informatia ereditara in catena polinucleatidica.2. Acizii nucleici asigura totodata transmiterea informatiei genetice de la o generatie la alta.

Transmiterea informatiei ereditare, de la celula mama la celulele fiice, se realizeaza in cursul procesului de diviziune celulara.

I ftelineti !r f« Acizii nucleici reprezinta cei mai lungi polim eri din lum ea vie.

In organizarea si functionarea m aterialului ereditar, com plem entaritatea bazelor azotate este proprietatea esentiala.* Secventionalizarea bazelor azotate de-a lungul catenelor macrom oleculelor acizilor nucleici duce la cresterea posibilitatilor de inscriere a inform atiilor ereditare.

I APUCbTU

1. Asociati elementele din cele dou3 coloane:

/. Nucleotide II. Acizi nucleici1. A-D-P A. ADN2. A-R-P B. ARN3. T-D-P4. T-R-P5. U-D-P6 . U-R-P

I. Legaturi intre nucleotide II. Substante implicate intre aceste legaturiA. Legaturi duble de hidrogenB. Legaturi triple de hidrogenC. Legaturi esterice

1. Adenina si timina'•52. Citozina si guanina3. Adenina si uracil4. Radical fosfat si pentoza

2. Urmatoarele afirmatii despre adenina sunt adevarate cu exceptia:A. Este o baza azotata purinica.B. Are doua cicluri condensate insumand 5 atomi de carbon si 4 de azot.C. Este prezenta in ADN si in ARN.D. Este complementary cu uracilul si timina.E. Are un singur ciclu cu 4 atomi de carbon si 2 de azot.

12

3. Macromoleculele de ADN si ARN au urmatoarele asemanari cu o exceptie:A. Se numesc polinucleotide deoarece contin mai multe unitati numite nucleotide;B. In nucleotidele celor doi acizi nucleici se afla 3 tipuri de baze azotate: adenina, citozina,

guanina;C. Nucleotidele de ADN si ARN contin pentoze (un zahar cu 5 atomi de carbon);D. Nucleotidele sunt legate prin legaturi electrostatice de hidrogen;E. Nucleotidele sunt legate prin legaturi esterice.

4. Explicate care sunt factorii care due la cresterea posibilitatilor deinscriere a informatiilor ereditare si macromolecula acizilor nucleici.

ADN - s^lreSo vlcti!——i i n— mart i i m h t m m — mi ok— t i » a

---------------------------------------------------------------------------------------------------- _--------------- -

Sfi ne reamintim !

Sintetizand datele acumulate in literature de specialitate cu cele obtinute in urma experientclor proprii, in anul 1953 Watson si Crick au propus modelul de structura bicatenara a ADN.

S tru ctu ra prlm ara si secundara a ADN

ADN se p rez in ta ca o su b s ta n ta macromoleculara bicatenara alcatuita din doua catene polinucleotidice, rasucite helicoidal, in ju ru l unui ax com un . D is tin g em in macromolecula de ADN 2 structuri (fig. 14):

a. Structura primara monocatenara este data de secventa de nucleotide dintr-o catena care exprima modalitatea de incifrare, de inscriere sub forma codificata biochimic, a informatiei ereditare.

b. Structura secundara este data de structura bicatenara dubla helicata. Diametrul dublului helix este de 2 nm ( 2 0 A) avand un pas (spira) de 3,4 nm (34 A). Fiecare spira a dublului helix ADN cuprinde 10 nucleotide (fig. 15).

Cele doua lanturi polinucleotidice sunt antiparalele, adica la unul dintre ele, legaturile fosfod iesterice se rea lizeaza in tre C 3 al d ezo x irib o ze i unei n u c leo tid e si C . al■» }nucleotidci urmatoare, pe cand la nivelul ce lu ila lt lant p o linucleo tid ic , lega tu rile fosfodiesterice se realizeaza invers: C$+ Ci

Fig. 14 • S tru c tu ra molcculci de ADN

F ra g m e n t d e c ro m o z o m

b a c te r ia n fo rm a t d in 2 c a te n e

ra s u c i te e lico id a l

F ra g m e n t d in m o le c u la ADN cele 2 ca tene com plem entare

su n t rasucite elicoidal

detaliu

perechi de

baze pom-

seheletul zah^r - fosfat

detaikJ

Molecula ADN:2 catene antiparalele

si complementare Adenina este mereu legata de timing si

guanina de citozina

1 la n t = o c a te n a

p o lin u c le o t id ic a

1 la n t = o c a t e n i

p o lin u c le o t id ic e

13

Fig. 15 • S tru c tu ra secundarS a ADN

Punte de hidrogen Baza azotataDezoxiriboza

h2c\

0 ^ \ ^o

N e

° NHjC

\ ADN(bicatenar)

Fig. 16 * S tru c tu ra chim ica a ADN

Im p erech erea in tre bazele azo ta te are la baza p rin c .r . complementaritatii, cel mai de seama in organizarea si functionary matcrialului genetic ereditar. Astfel adenina (A) este complementara tim inei (T ), iar guanina (G ) este com plem entara citozinei (C). lm perecherile de baze se realizeaza prin intermediul unor punti de hidrogen: doua intre adenina si timina (A = T) si trei intre guanina si citozina (C=G )• Legaturile de hidrogen se formeaza si se dezorganizeaza cu usurinta fara sa necesite surse energetice speciale. Acest fapt explica modul in care se desfasoara replicarea ADN, transcrierea informatiei din ADN sau repararea ADN etc,

Structura bicatenara a ADN prezinta de regula o mare stabilitate fizica. Ea este asigurataastfel:

a. pe verticala, de puntile fosfodiesterice intracatenare;b. pe orizontala, de puntile de hidrogen intercatenare.Caracteristicile structurale finale ale ADN dublu catenar sunt dictate

insa de moleculele de dezoxiriboza (D) care se aseaza, cu oxigenul inelului orientat in sus, in cadrul unei catene si orientat in jos, in cadrul catenei complementare(fig. 16)

Din cauza acestui aranjament opus al moleculelor de dezoxiriboza in cele doua catene, si deoarece dezoxiriboza se leaga la o pozitie

excentrica a bazei azotate, intreaga molecula de ADN este obligata sa se rasuceasca, sa se spiralizeze, rezultand nu o structura dreapta bicatenara ci una spiralata - dublu helix, in care fiecare pereche succesiva de baze azotate se intoarce cu 36° in directia acelor de ceasomic (rasucire dextrogira), iar dublul helix face un tur complet de 360° la fiecare 1 0 percchi de baze.

Datorita structurii bicatenare,macromolccula de ADN poate suferi fenomene de denaturare-renaturare si replicare(autocopiere).

Denaturarea -renaturarea ADN

Prin incalzirca unei solutii in care se afla ADN , cele doua catene complementare se despart si ADN-ul devine monocatenar. Daca solutia este racita brusc ,i j

ADN-ul ramane monocatenar ADN denaturat iar, daca se raceste trcptat, cele doua catene se atrag datorita complementaritatii bazelor azotate si ADN-ul isi reface structura dublu-catenara -A D N renaturat (fig. 17).

A m estecand m onocatcne ADN de la specii diferite se formeaza prin renaturare partiala hibrizi moleculari.

Procedeul este folosit de oamenii de stiinta in studiul relatiilor filogenetice dintre specii.Speciile inrudite au temperaturi apropiate de denaturare a ADN si realizeaza o renaturare rapida si de mari proportii cand*

14

2

—

— incalzire

—

------------------------------- *

f 11

ADNbicatenar

ADNmonocatenar

1Fig. 17> D en a tu ra rca - rc n a tu ra rea ADN

bifurcatie de replicare: separarea lanturilor prin ruperea legaturilor de hidrogen

li se amesteca monocatenele deoarece, secventele polinucleotidice sunt identice pe mari portiuni. De exemplu, procentul de renaturare intre monocatenele ADN de la om si de la maimute este de 75%, pe cand intre monocatene ADN de om si soarece este de numai 25%.

Replicarea (autocopierea) ADNEste stiut faptul ca de miliarde de ani ADN-ul

se imparte si se tot imparte numarului imens a miliarde de generatii de celule. Cum se face ca ADN-ul nu se epuizeaza in procesul diviziunii celulare? Raspunsul este replicatia (autocopierea) ADN. Deoarece ADN contine informatia genetica a celulei, sinteza sa este unul din cele mai importante evenimente din viata acesteia . S in teza A DN, care se rea lizeaza prin interventia unui complex aparat enzim atic, este o reactie de tip replicativ si este unicul caz din lumea biomoleculelor in care o substanta isi dirijeaza propria sinteza.

M odelu l de s tru c tu ra b ica te n a ra a ADN sugereaza modul in care poate avea loc sinteza de ADN inaintea procesului de diviziune celulara:

• In principiu, modelul admite realizarea unei denaturari fiziologice progresive a macromoleculei bicatenare de ADN, prin desfacerea legaturilor de hidrogen. In acest proces intervin mai multe enzime,Ele ac tio n eaza precum cu rso ru l unui ferm oar, despartind cele doua catene. Separarea este treptata, poniita din punctul de initiere si se continua progresiv spre un punct terminus, Astfel, in plin proces de replicare, macromolecula de ADN capata forma literei MY“. Punctul de ramificare a macromoleculei de ADN se numeste bifurcatie de replicare (fig. 18). Desfacerea legaturilor progreseaza pana la ce la la lt capat albiomoleculei helicoidale. Ar urma sa apara doua catene polinucleotidice izolate, ceea ce nu se intampla deoarece, pe masura ce spirala se desface si procesul avanseaza, incepe refacerea ei.

Fig. 18 » Schcina repiicatiei ADN

15

Prin ruperea puntilo r de hidrogen, macromolecula de ADN se separa in cele doua catene complementare

N ucleotide le libere din citoplasm£ se ataseaza pe

baza de complementaritate de catenele vechi.

Au rezultat doua macromolecule de ADN bicatenar, fiecare avand o catena veche (care a avut rolul de model) si o qatenS nou sintetteatg.

Fig. 19 • R cplicarea ADN dup£ m odelul sem iconservativ

• Prin desfacerea puntilor de hidrogen se separa cele doua catene complementare ale dublului helix si ca urmare nucleotidele lor raman expuse cu gruparile chimice libere.

• Dezoxiribonucleotidele libere din citoplasma celulara se pot asocia succesiv, pe baza de complementaritate, cu cele incadrate deja in monocatenele ADN, ce joaca, in acest fel, rol de matrita. In acelasi timp intre doua nucleotide aliniate suecesiv se realizeaza legatura ehimica covalenta, fosfodiesterica ce uneste grupul 3' OH al primei nucleotide cu 5' fosfatul celei dc-a 2-a nucleotide.

rezultand cate o catena polinucleotidica noua. Catenele replica raman atasate prin punti de hidrogen de catenele matrita.

• Rezulta 2 molecule fiice de ADN, identice cu cea initiala, care vor fi repartizate in cele doua celule fiice in timpul diviziunii. Fiecare molecula de ADN confine o catena veche - matrita si una nou sintetizata. Se poate spune astfel ca replicarea macromoleculei de ADN are loc dupa modelul ’’semiconservativ44, adica fiecare molecula fiica de ADN mosteneste doar una din cele 2 catene ale moleculei parentale initiate, de ADN (fig. 19).

Tipuri de ADNM odelul clasic de ADN, propus de Watson si Crick este

caracteristic zonelor cu eucromatina si reprezinta tipul B de ADN (fig. 2 0 ).

In forma B , dublul helix ADN are rasucire dextrala si 10 perechi de baze per tur: un tur complet al helixului are 34 A, iar inclinatia fata de orizontala planului perechilor de baze este zero.

In alte conditii, macromolecula dublu-catenara de ADN se poate afla si sub alte forme structurale: tipul A si tipul Z.

16

Forma A a duplexului ADN arc ,de asemenea, rasucire dextrala si 11 perechi de baze/tur dc helix : pasul helixului are 28 A iar perechea de baze azotate are o inclinatie de 2 0 ° fata de orizontala.

Forma Z prezinta seheletnl glucido-fosforic sub forma de z ig -zag ; are rasucire spre stanga,cu1 2 perechi de nucleotide/turde helix.

Tipuri de ADN Rotatia moleculei Perechi baze/pas elice Diametrul molecutei(A)A Dreapta 11 23B Dreapta 1 0 2 0

Z Stanga 1 2 18

| Retineti !■ »Replicarca ADN este unica reactie in Univers, in care o molecula preexistenta serveste drept

model pentru sinteza a doua molecule fiice identice. Ea este posibila datorita structurii bicatenare a macromoleculei de ADN.

| /(PLIChJII

1. Cele doua catene ale moleculei de ADN sunt complementare deoarece:A. Sunt opuseB. O baza purinica dintr-o catena se leaga cu o baz5 pirimidinica din cealalta catenaC. Cele doua catene sunt antiparaleleD. Exista legaturi esterice putemice intre cele doua cateneE. Legaturile electrostatice se desfac usor

2. Rcplicatia - autocopierea:A. Are loc cand celula se pregateste de diviziuneB. In acest proces intervine ADN polimerazaC. Cantitatea de ADN se dubleazaD. Vor rezulta doua molecule bicatenare de ADNE. Are loc in timpul diviziunii celulare

3. Asociati notiunile din cele doua coloane:---------------- ,-------------------------------------------------------/. Caracteristici ale macro- moleculei de ADN

II. Argumente care sustin aceste caracteristici

1. Dublu helix

2. Catene antiparalele3. Catene complementare4. Denaturare

5. Replica este semiconservativa6 . Renaturare

7. ADN denaturat

A. Se stabilesc legaturi intercatenare intre o baza purinica si una pirimidinica

B. ADN-ul sintetizat are numai o catena nouaC. Are doua catene infasurate in ju ru l unui axD. Cele doua catene sunt legate prin legaturi duble si triple

de hidrogenE. La incalzire spre 100°C puntile de H se rup

F. Prin racire treptata cele doua catene se atrag datorita complementaritatii intre bazele azotate

G. Prin racire brusca ADN ramane monocatenarH. Legaturile intre doua nucleotide succesive suntde tip 5' - 3' intr-o catena si de tip 3'- 5' in cealalta catena.

17

4. Adevarat sau fals?a) in plin proces de replicare macromolecula de ADN capata forma literei ”Y“ deoarece separarea celor doua catene este treptata pornita din punctul de initiere pana la punctul terminus.b) Replicatia ADN se realizeaza cu inalta fidelitate deoarece datorita complementaritatii, nucleotidele libere se vor organiza formand o catena noua pe langa fiecare din cele doua catene vechi (care functioneaza ca o matrita).

M edtlarto slruclurii dublu cattnors q ADN-ului

Materialenecesare: carton sau placaj, trusa traforaj, echer, compas, culori diferite, sarma de cupru sau aluminiu de grosimi diferite, ace cu gamalie.

Mod de lucru ,1. Desenati pe carton sau pe placaj

modelele bazelor azotate purinice ( 1 0 cm) si pirimidinice (5 cm).

2. Decupati modelele si colorati-le: A- portocaliu; G- galben; T- rosu; C- rosu deschis; Realizati circa 30 40 de copii pentru fiecare baza azotata.

3. Desenati modelul dezoxiribozei ca cel din figura si stabiliti pozitiile carbonului 3 ’ si 5 ' . Realizati 3 0 - 4 0 copii de culoare verde.

4. Desenati un patrat cu latura de 3 cm, reprezentand radicalul fosfat; relizati 30 - 40 copii de culoare albastra.

5. Stabiliti o succesiune de baze azotate pentru una din catenele dublei elice.6 . Pe principiul complementaritatii, stabiliti cu ajutorul decupajelor bazelor azotate, succesiunca

de pe catena complementara.7. Legati bazele azotate de la cele

doua catene prin punti de hidrogen (doua intre A - T sau T A si trei intre G - C sau C - G), folosind sarme cu diamctru mai mare.

8 . L egati b aze le a zo ta te de dezoxiriboze prin sarme mai subtiri.

9. S ta b iliti le g a tu r ile in tre dezoxiriboza si radicalul fosforic, urmarind regula ca la o catena aceasta legatura sa fie de la Cs ’ -> C3’, iar la complementara de la C ’ *> C3 5.. A

10. Incercati sa imperecheati purine cu purine si pirim idine cu pirimidine si observati grosimea machetei rezultate.

18

Structure si tlpurile de ARN

Sfi ne reaminlim !

Daca ADN reprezinta substanta macromoleculara cu functia primara ereditara. ARN este implicat indeosebi in realizarea decodificarii informatiei ereditare.

Stru ctu ra ARN

Acidul ribonucleic-ARN este o substanta macromoleculara avand o structura primara monocatenara, cu molecula constituita,de regula, dintr- un singur lant polinucleotidic, in care in locul timinei se afla uraciluh iar in locul dezoxiribozei se afla riboza (fig. 2 1 ).

Reamintiti-va componentclc unci nucleotide!Legaturile dintre nucleotidele succesive sunt.ca si in ADNS legaturi

diesterice realizate intre radicalul fosfat si pentoza (riboza).La unii acizi ribonucleici cu catena polinucleotidica mai lunga, ARN

se pliaza iar partile pliate pot fi legate prin punti de hidrogen tot pe baza de complementaritate.

Moleculele de ARN, nu pot avea dimensiuni foarte mari, deoarece cu cat creste numarul nucleotidelor (peste cateva mii) cu atat stabilitatea moleculei scade.

S in teza A RN ( tra n s c r ip tia ) se re a liz e a z a to t pe baza complementaritatii bazelor azotate ca si in cazul replicatiei ADN. Cele doua catene ale macromoleculei de ADN se despart, pe intervalul care urmeaza a fi transcris, numai ca de data accasta va actiona ARN polimeraza. Acum

va transcrie numai una din catenele moleculei de ADN. Catena de ADN care functioneaza ca matrita pentru sinteza ARN, se numeste catena sens.

Uracil

O ij^O NH2

9

NH2

Guanina

Fig. 2\ • Schem a ■ m acrom olcculei de ARN

ADN

Pm

ADN

g:D

*P

REPLICARE

«pD B 0 O' p# #p

TRANSCRIERE

ADN ADN

♦p

p#p#p*

p#o G

v: /Pp«

SG SG

«p#p

B ■ DtD

g;p

• p 0

ADN ARN ADNp. * v n 0

P# P SM V sa °p# » mam * #P 11 ° ♦

VG »G O-

p# d h © * d #p 0

0 <0 ^ #p n 0

• p

• p• p• p• p # p

IHFig. 22 * C o m p ara tie rep licare - tran sc rie re

19

Nucleotidele libere care se vor alinia pe baza complementaritatii vor contine riboza. In dreptul adeninei de pe catena matrita se va atasa uracilul in catena nou sintetizata. Polimerizarea de ribonucleotide in transcriptie se desfasoara in acelasi sens ca reactia de polimerizare a dezoxiribonucleotidelor din cadrul replicatiei ADN si anume de la 5' la 3' (flg.22).

Tipurile de AR N si Sunctiile lor

Sunt doua clase de ARN si anume: una care controleaza ereditatea la unii virus\-ARN viral si alta care este implicata in sinteza proteinelor spec\f\ce-ARN celular.

1, A R N viral este materialul genetic al ribovirusurilor: unii bacteriofagi, unele virusuri vegetale (virusul mozaicul tutunului) si unele virusuri animate (virusul turbarii, poliomielitei, gripal (fig.23), stomatitei veziculare etc). El se poate afla tie sub forma monocatenara, fie sub forma bicatenara (mai rar). Replicarea ARN viral este asigurata de celula ga/da sub actiunea unei enzime (ARN polimeraza) numita ARN replicaza sau ARN sintetaza. ARN viral este purtator unic al informatiei ereditare si la viroizi (au doar o molecula mica de ARN, fara invelis proteic) dar si la retrovirusuri. In cazul retrovirusurilor, replicarea ARN sc realizeaza cu ajutorul enzimei rcverstranscriptaza. Aeeasta este o ADN polimeraza care utilizcaza o matrita de ARN pentru sinteza unei catene de ADN. In prima etapa rezulta un hibrid molecular ARN - ADN. dupa care este hidrolizat ARN si ADN complementar este trecut sub forma bicatenara.

Descoperirea reverstranscriptiei a contribuit la intelegerea mecanismelor de transformare maligna (carcinogeheza) si totodata a demonstrat ca informatia genetica nu circula intr-o directie unica ADN —► ARN —► proteine, ci si de la ARN —► ADN.

2. ARNcelular este implicat in decodificarea informatiei ereditare si traducerea ei in secvente de aminoacizi in procesul de biosinteza a proteinelor.

Trecerea informatiei ereditare de la ADN spre proteine nu se poate realiza direct, datorita deoscbirilor in structura celor doua tipuri de macromolecule. Este necesara, asadar, interpunerea unor molecule adaptoare. Acestea sunt reprezentate de diferitele tipuri de ARN:

a. ARNm - acidul ribonucleic mesager;b. ARN t - acidul ribonucleic solubil sau de transport;c. A R Nr — acidul ribonucleic ribozomal.a. A RN mesager (ARNm) - poarta mesajul genetic inscris in secventa sa de ribonucleotide.

ARNm este monocatenar si are o Iungime variabila. in functie de lungimea genei (ADN) pe care a transcris-o. de marimea mesajului genetic purtat (fig.24 a). El se asociaza cu ribozomii din citoplasma celulara, la nivelul carora dicteaza secventa de aminoacizi din catena polipeptidica. Dupa ce molecula

de ARNm isi indeplineste rolul sau de mesager, el este supus hidrolizei enzimatice si depolimerizat.

b. ARN de transfer (ARNt) este specializat pentru aducerea aminoaeizilor la locul sintezei proteice. Molecula este formata din 70 - 90 nucleotide. Are portiuni bicatenare, care ii dau aspectul unei frunze de trifoi(fig.24b). Are doi poli functional!: unul la care se ataseaza un aminoacid, altul care contine o secventa de 3 baze azotate numita anticodon, cu ajutorul careia ARNt rccunoaste la nivelul ribozomului, codonul din ARNm corespunzator aminoacidului pe care il poarta. Recunoasterea codon anticodon are loc la nivelul ribozomului in procesul sintezei catenei poiipeptidice.

Neuram inidaza Hem aglutinina Bistrat lipidic

Proteina matrixului

ARN polim eraza

Nucleoproteina ARN

Fig. 23 • V irusul g ripal

20

A R N rARN ribozom ai intra in s tru c tu ra ribozom ului

c. A RN ribozomal (ARNr) intra in structura ribozomilor. alaturi de proteinele ribozomale, atat la procariote cat si la eucariote. El este sintetizat tot prin transcriere din ADN, dupa care catena de ARNr, se pliaza formand portiuni bicatenare datorita complementaritatii bazelor azotate (fig.24,c). Un ribozom este format din 2 subunitati care vor recunoaste (tot pe baza complementaritatii) si vor atasa intre ele nucleotidele de recunoastere de la inceputul moleculei de ARNm.

>ARNr

C)RIBOZOMUL

Locul sin tezei proteice

Fig. 24 • T ip u ri dc ARN

ftetineti !Transcriptia (transcrierea) genica este procesul complex de copicre a informatiei genetice

purtata in secventa de dezoxiribonucleotide a genei (ADN) intr-o secventa complementara dc ribonucleotide cu sinteza diferitelor tipuri de ARN celular.

ARNm - purtator de mesaj geneticARNt - transported! de aminoacizi la ribozomiARNr component al ribozomilor • sediul sintezei proteice.

| /4PLICNTII

1. Asociati notiunile din cele doua coloane:/. Tipuri de ARN II. Functii deARN

1. ARNm2. ARNt3. ARNr4. ARN viral

A. Este material genetic pentru viroiziB. Transfera aminoacizii la ribozomiC. Copiaza informatia genetica a unci catene din macromolecula de ADND. Se autocopiazaE. Intra in alcatuirea ribozomilor asociat cu proteinele

21

2. ARN mesager:A. Constituie materialul genetic al eucariotelorB. Are succesiunea nucleotidelor complementara cu a ADN-ului copiatC. Are portiuni bicatenareD. Este intotdeauna monocatenarE. Are o greutate moleculara variabila3. ARN de transfer ARNt:A. La un pol se ataseaza un anumit aminoacidB. Molecula este monocatenarS si are lungimi diferiteC. Are molecula formata din 70 - 90 de nucleotideD. Transporta aminoacizii la nivelul ribozomilorE. La un pol contine o secventa de trei nucleotide care recunoaste o anumita secventa a ARN ribozomal unde se aseaza pe baza complementaritatii4. ARN ribozomal:A. Este sintetizat prin transcriere din ADNB. Intra in alcatuirea ribozomilor asociat cir proteineC. Prin pliere formeaza portiuni bicatenare datorita complementaritatii bazelor azotateD. Este purtator al informatiei genetice la virusuriE. Transporta aminoacizii la ribozomi - locul sintezei proteice

5. Adevarat sau fals?A. ARN mesager (ARNm) are rolul de a copia informatia genetica dintr-un fragment de ADN deoarece molecula de ARNm are portiuni bicatenare care li dau forma unei frunze de trifoi.B. ARN de transfer (ARNt) este specializat pentru aducerea aminoacizilor la locul sintezei proteice deoarece macromolecula de ARNt are doi poli functional.C. ARN este purtatorul unic al informatiei genetice deoarece ribovirusurile si viroizii nu contin ADN.

funetio eutocotolitic& si h*t*rocotalitic69 9

Sfi ne reamintim !

Informatia ereditara este inscrisa in ADN sub forma de codificare biochimica, adica sub forma unei secvehte date de baze azotate. Ea se poate autoreproduce si poate fl transferata prin transcriere genetica, pe baza principiului complementaritatii. diferitelor molecule de ARN. Dintre acestea. ARN mesager este singurul purtator de mesaj genetic si supus traducerii la nivelul ribozomilor- sediul sintezei proteice.

Materialul genetic indeplineste doua funtii importante:- autocatalitica - reprezentata de rcplicatia ADN-ului;- heterocatalitica - reprezentata de biosinteza proteica.Conform dogmei centrale a geneticii (fig.25) informatia genetica se reproduce prin

22

ADN

t r a n s c r ip t ie !

IARN -m

TRANSLATIE

Proteine

Fig. 25 • Dogma ccn tra la a geneticii

replicatie si este decodificata(transformata intr-o proteina spccifica) prin transcriptie si translatie.

1. Functia autocatalitica consta in capacitatea moleculelor de ADN de a se autoreproduce cu inare fidelitate dupa modelul semiconservativ.

Reamintiti-va modul cum se realizeaza replicatia A D N !Studiul ciclului celular (fig. 26) a relevat existenta unei anumite

constante a dinamicii cantitatii de ADN in celule. Astfel,in interfaza - prima faza a ciclului celular - exista mai multe perioade:

-perioada 67 - primul gol sintetic, cand cantitatea de ADN din celula ramane constanta; cromozomii sunt monocromatidici, fiecare este format dintr-o macromolecula de ADN formata din doua cromoneme (2 C);

-perioada S de sinteza, in care arc loc replicarea ADN care se incheie cu dublarea cantitatii de ADN; cromozomii devin bicromatidici, format! din doua macromolecule de ADN ce contin patru cromoneme (4 C);

-perioada G2 - al doilea gol sintetic, in care se prezerva cantitatea dubla de ADN (4C).In timpul diviziunii cclulare - a doua etapa a ciclului celular cantitatea de ADN este variabila

in diferitelc faze ale procesului. Astfel in profaza si metafaza mitozei cromozomii sunt bicromatidici. iar cantitatea de ADN din celula este aceeasi cu cantitatea de ADN a celulei ce a intrat in diviziune. In anafaza, cromozomii redevin monocromatidici prin clivarea longitudinala a celor bicromatidici migreaza spre polii celulei si in final (la sfarsitul telofazei) rezulta doua celule fiice cu acelasi numar de cromozomi si aceeasi cantitate dc ADN ca si celula mama.? » T

Diviziunea meiotica, care se desfasoara in organele reproducatoare ale organismelor pomind de la celule diploide (2 n), determina formarea celulelor haploide (n) si reduce la jum atate numarul de cromozomi si respectiv, cantitatea de A D N f Astfel, in timp ce celulele somatice au o cantitate dubla de ADN celulele gametice vor avea doar jumatate. Cantitatea de ADN sedubleazain urma singamiei gametilor si formarii zigotului diploid.

2. F unctia heterocatalitica consta in faptul ca materialul genetic are capacita tea de a determ ina sin teze spccifice de proteine, cu o anum ita secventa de aminoacizi.

C a lita ti le f iin te lo r v ii se intemeiaza in ultima analiza pe doua entitati: pe aceea pe care biochimistii o numesc proteina si pe aceea pe care geneticienii o numesc genii (ADN).Prima este unitatea de executie chimica, care confera structura corpurilor vii. Cea de-a doua este unitatea ereditara care dirijeaza, in egala masura, reproducerea unei functii si variatia ei. Una comanda, cealalta realizeaza (Fr. Jacob, 1972).

Proteinele sunt macromolecule formate din aminoacizi; sunt polimcri de aminoacizi. Polimerizarea aminoacizilor, re a liz a ta la n iv e lu l rib o zo m ilo r, presupune tbrmarea de legauiri sau punti

Filamentulnucleardespiralizat

Inceputul dup lica rij^ j^ ...

Filamentnuclearduplicat

Individualizareacromozomilorbicromatidici

IN TER FA ZA\ C3

sOwQ.

Decoridensareaft-Q * cromozomului

% ^

M ITO ZA

r ^ ySepararea # celor 2 cromatide

&

A nafazaX

Cromozomifoartecondensati

Fig. 26 t Evoiutia unui crom ozom in cursu i ciclului celula*

23

peptidice mire gruparea carboxil (-COOH) a unui aminoacid si gruparea amino (NR,) a altui aminoacid, cu eliminarea unei molecule de H ,0 . Formarea de punti peptidice succesive determina polimerizarea aminoacizilor liberi. adica includerea lor intr-o catena polip6 ptidica. Aeeasta reprezinta structura primara a proteinei. Uncle proteine sunt alcatuite dintr-o singura catena polipeptidica, altele din mai multe catene polipeptidice identice, iar altele din mai multe catene polipeptidice diferite.

Dupa sinteza catenei polipeptidice, prin interactiunea aminoacizilor sai (in anumite conditii de temperatura, de pH) prin intermediul unor punti de hidrogen sau a unor punti bisulfidice ( - S - S) macromolecula proteica poate capata o structura secundara cu configuratii bi sau tridimensionale.

Cu toate ca la alcatuirea proteinelor participa numai 20 de aminoacizi numarul si varietatea acestora sunt imense. Specificitatea proteinelor este data de:

- numarul dc aminoacizi si succesiunea acestora in cadrul catenei polipeptidice;- numarul de catene polipeptidice si structura acesteia;- rolul fiziologic indeplinit etc.Unele proteine au rol structural in viata celulei. iar altele au rol functional. Cele mai multe

proteine functioneaza ca enzime. Fiecare enzima catalizeaza o anumita reactie biochimica. Aceste reactii se succcd intr-o ordine stricta si formeaza lanturi metabolice. Prin transformari succesive celula* ? • poate produce substante asa numitul produs final - care satisfac nevoile celulei sau organismului si care confers organismelor anumite caractere fenotipice.

Codul geneticInformatia necesara sintezei proteinelor, care detin un limbaj de 20 de semne (aminoacizi) este

depozitata in moleculele de ADN care detin un limbaj de 4 semne (baze azotate). Pentru traducerea limbajului de 4 semne al nucleotidelor in limbajul de 20 dc semne al aminoacizilor este nevoie de un "di.eti.onar “ pc care natura l-a inventat la inceputurile vietii si care se numeste "codulgeneticu (fig.

______ _ _______ 27, fig. 28). El reprezinta un sistembiochimic prin care se stabileste relatia dintre acizii nucleici si proteine si consta in c o rc sp o n d e n ta d in tre fieca re am in o ac id si o su c ce s iu n e de 3 nucleotide, numita codon.

nuclo-ottd.i

nuelodNd.i 2 nucto-otid.n

1y C A G

U

ForsilaUnina S<vnnA TiroJuna Ci&tViUu U

Fonilalamna S *r in i Tiroziufc CiituinA C

Loucina Serina Stop Stop A

LeueinA Serin A Stop Triptofan G

c

Louclnfl ProllnA Hl9tldlnA ’ ArpTnln? U

LoucinA ProlinA H istid in i-

C

Loucina Prolm i W , W , A

Loucln& P ro lin i Glot'amtnli' ■ A fplR lfrt ' G

A

lioloucirtA TrcomnA AsparvTg'imnS Sdrlni V

Izoleucma TrconmA Asparcglnlnft Sorin* C

IzoloucinA TroonlnA LfeinA Arglninft •' A

TreonlnA LizinA Argfnrnft G

G

Valin* AlanlnA AcJd *ap»*tic GlrCinft U

V il ln l AlanlnA Acid G litina C

Volina AlanlnS Acid glutamic Glicin;) A

Valina AlanlnA Acid glutamic GlicinA G

$ * -n nucleotida 2 I ”c - U C A G y T3

n uu ■— A -------- C

ArV.. f c -A

GU

/"» CL» AGUC

A AG

Valina U

G — uAG

ie. 27 % C odul nencticFig. 28 • C orcsponden ta codon-am inoacizi

I

24

Matematic, prin aranjamente d e 4 nucleotide luate cate 3, rezu lta4* = 64 combinatii.Din cei 64 codoni ai codului genetic :- 61 codoni codifica diferitii aminoacizi (codoni sen s);- 3 sunt codoni nonsens, care nu specifica vreun aminoacid, dar joaca un rol important in

citirea mesajului genetic purtat de ARNm, intrucat ci marcheaza sfarsitul acestui mesaj genetic. De aceea se mai numesc codoni „STOP“: UAA; UGA; UAG.

Din cei 61 codoni sens, 2 codon i: AUG si GUG care codifica metionina respectiv valina sunt si codoni cu semnificatia de ”inceput de sinteza".

Codul genetic are urmatoarele caracteristici esentiale:- este nesuprapus - doi codoni succesivi (vecini) nu-si imprumuta nucleotide, adica nu au

nucleotide comune;- Qsic fard virgule - intre doi codoni succesivi nu exista ’’semne de punctuatie biochimica“

reprezentate de nucleotide fara sens, citirea informatiei genetice realizandu-se continuu;- este degenerat (redundant) - fiind mai multi codoni decat aminoacizi, acelasi aminoacid

poate fi codificat de mai multi codoni; exemplu: serina poate fi codificata de 6 codoni (numiti sinonimi):- este universal - in toata lumea vie aceiasi codoni codifica acelasi aminoacid; exem plu: codonul

UUU codifica fenilalanina atat la procariote cat si la eucariote.Geneticienii au deseoperit unele mici exceptii de la universalitatea codului genetic, datorate

:robabil unor mutatii. Astfel, codonul UGA are rolul de in genomul nuclear, dar in mitocondrii codifica aminoacidul triptofan. Codonul AU A care codifica aminoacidul izoleucina in genomul nuclear, •a mitocondrii codifica aminoacidul metionina.

Etapele sintezei proteicePe baza codului genetic are loc sinteza proteinelor in 2 faze:transcriptia - copierea mesajului genetic din moleculele de ADN in moleculele dc ARNm;- translatia - utilizarea mesajului genetic pentru sinteza proteinelor pe baza codului genetic.Transcriptia (transcrierea)O celula poate produce mii de proteine diferite. Sinteza fieeareia dintre ele incepe, la momentul

^portun, prin activarea genei corespunzatoare. In aeeasta prima faza, sub actiunea enzimei ARN

E n z i™ * * 1** r i m l o n i i t i i r i l ede h

ARNm copiaz^ informatia genetica unei srngure’ catene din tnacromolecula de ADN

CITOPLASV5ACELULEI

%

ARNm se deplaseaz^ In citoplasma c^tre ribozomi

TRANSCRIERE

Fig. 29 • T ran sc rie rea in form atiei genetice t25

polimeraza se transcric mesajul genetic din fragmentul ADN respectiv sub forma unei molecule de ARN m esager-A R N m (fig. 29).

Procesul de transcriere cuprinde trei faze:a. faza de initiere: enzima ARN-polimeraza, activata de un factor specific, se asociaza cu o

secventa din ADN numita promotor;b. faza de alungire: se realizeaza cresterea catenei de ARMm prin form area puntilor

fosfodiesterice succesive in directia 5' -> 3', proces realizat prin aditia unui ribonucleotid 5' fosfat la capatul 3 OH al ribonucleotidului precedent;

c. faza de incheiere: se poate realiza direct prin intalnirea unui codon "stop " in cadrul secventei transcrise din ADN sau indirect prin interventia unui factor proteic de terminare.

La procariote se copiaza informatia genetica a mai multor gene succesive, iar ARNm codifica mai multe proteine de care cclula are nevoie in momentul respectiv.

La eucariote se copiaza dc regula informatia geneticS a unei singure gene rezultand ARNm precursor. Apoi anumite enzime sectioneaza molecula ARNm precursor, separand secventele informationale (exoni) de secventele noninformationale (ititroni). Alte enzime leaga exonii intre ci si rezulta ARNm matur care va ajunge la ribozomi prin difuziune (fig.30).

Translatia (traducerea)

Are loc la nivelul ribozomilor. Este meritul lui George Emit Palade de a fi deseoperit ribozomii ca organite celulare, la nivelul carora se face asamblarea aminoacizilor. Pentru aeeasta el a primit premiul Nobel in 1974.

Daca ADN-ul celulei poate fi comparat cu un institut de arhitectura care poseda planurilealcatuirii corpului victuitoarelor, ribozomii sunt adevaratii zidari.

Pentru ca translatia sa aiba loc trebuic mai intai ca toti factorii implicati sa ajunga la locul sintezei proteice.

INCEPUTUL I GENEISFARSITUL GENEI J

ADN

ARNmPRECURSOR

ARNmMATUR

^ fR C ^ T eX O N 'INTROf

2 L .

TRANSCRIERE

gflNTRMi EXON -INTRON2 : 3 ■ 3!------1—:—--- 2--------

E LFM IN A R EA

IN T R O N IL O R

i EXON! 3

*TRANSLATIE

♦CATENA

POLIPEPTIDICA

NUCLEULCITOPLASMA

Fig. 30 * T ran scrip tie la eucario te

1) ARNm recunoaste locul sintezei datorita primelor nucleotide ale sale care formeaza o secventa de initiere. Ea atrage cele doua subunitati ale ribozomului care acum se cupleaza prinzand intre ele capatul m oleculei ARNm. La eucariote, ARNm incepe cu codonul AUG care corespunde m etioninei. Deei prim ul am inoacid al m oleculei proteice va fi m etionina care ulterior poate fi inlaturata.

2 ) In tre tim p , in c ito p la sm a aminoacizii sunt pregatiti pentru sinteza in2 faze:

a) In prima faza am inoacizii sunt activati prin rcactia cu ATP care le va dona energie

26

AA+ATP am 'n°- - L » AA ~ A |4P + P - P smtetaze

AA = un am inoacid oareeare; ATP - acid adcROzintrifosforic; AMP - acid adenozinm onofosforic: P ~ P - pirofosfat; ~ - legatura ehim ica purtatoare de energie

b) Apoi aminoacidul activat se ataseaza unei molecule de ARN de transfer (ARNt):aminoaci 1 ,

AA~AM P+ARNt —7 —7—7——— ► AA - ARNt + AMP.S l i i l c l c i Z t

AMP va fi „ reincdrcat“ cu energie prin fosforilare (AMP + P ~ p ------► ATP ) la nivelulmitocondriilor, deci este „reciclahil'\

Un anumit aminoacid se ataseaza numai la acea molecula de ARNt care la polul opus are anticodonul corespunzator, adica un grup de 3 nucleotide complementare codonului; exemplu: ARNt care ataseaza lizina contine anticodonul UUC.

3) Acum poate incepe etapa translatiei (traducerii), adica sinteza propriu-zisa a proteinei. Ea presupune trecerea ARNm printre subunitatile ribozomului ca o banda magnetica prin dispozitivul de citire al unui casetofon. In spatiul dintre cele dQua subunitati este loc pentru numai doi codoni ai ARNm.

***Pentru intelegerea modului in care se ordoneazd aminoacizii in succesiuneaprogramatd genetic, urmariti schema din fig. 31.

Ea prezinta un moment din etapa translatiei, cand deja prin ribozomi au treeut primii 5 codoni. Amintiti-va ca informatia din ARNm este codificata in sensul 5’ — ► 3', deci ordinea nucleotidelor din? y

>chem$se citeste de la dreapta la stanga: pe schema, molecula ARNm se deplaseaza spre dreapta, iar nbozomul spre stanga. Primii trei codoni nu mai apar in desen. Asa cum stiti primul codon al lantului

ARGININA A A 7

ARN de transport

cliberatAMINOACID ATASAT

ARNtTranslatia continua

formand lantul polipeptidic> ARN DE TRANSPORT

Incepe

Translatia

ANTICODONARNt,Serina

SerinaA A K

ARNm

Citirea informatiei se face in sens 5*-3'Rilxwom

In procesul de translatie este necesarS participarea urmStoarelor proteine:1. Factori de initiere - pentru inceperea translatiei2. Factori de elongatie - pentru continuarea traducerii3. Factori de terminalizare - pentru incetarea traducerii si eliberarea lantului peptidic

Fig. 3 1 • T ransla tia

27

ARNm a fost AUG, iar primul aminoacid al lantului in curs de formare (A A ) este metionina. Acum in cele doua spatii disponibile din ribozom se afla codonii UCG si AGG, In dreptul lor au fost atrase moleculele de ARNt care poseda anticodonii complementari AGC si UCC, iar la polul opus prezinta aminoacizii serina (AA6) si arginina (A A ?). Cei doi aminoacizi sunt acum foarte aproape unul de altul. In acest moment sub actiunea enzimei peptid polimeraza, intre ei se formeaza o legatura peptidica. Ca urmare, lantul polipeptidic s-a marit de la sase la sapte aminoacizi.

In momentul urmator, ribozomul se va deplasa cu un codon spre capatul 3' al ARNm (spre stanga). Codonul AGG se va deplasa in ribozom in spatiul din dreapta imprcuna cu ARNt care poarta aminoacidul arginina (AA7) legati de toti ceilalti sase aminoacizi ai catenei in curs de formare, Acum, in spatiul din stanga va ajunge un codon AGG care va atrage ARNt cu anticodonul UCC. Acesta are atasat aminoacidul AA8, care asa cum rezulta din tabclul cu codul genetic, este tot arginina. La fel ca in momentul anterior, peptid polimeraza va determina formarea legaturii peptidice intre cele doua molecule de arginina, aminoacizii din pozitiile 7 si 8 . in acelasi timp, ARNt care adusese aminoacidul serina la locul sinteza a iesit din ribozom fara aminoacidul respectiv. Molecula de ARNt va putea acum sa ataseze alta molecula de serina, deci ARNt este reciclabil. Ce aminoacizi sunt in pozitiile 4, 5 si 9?

Pe masura ce ARNm este deplasat codon dupa codon, informatia este tradusa din limbajul polinucleotidic in limbajul polipeptidic si lantul de aminoacizi se lungeste. Deplasarea moleculei ARNm continua pana la codonul cu semnificatia ”stop“ care indica sfarsitul sintezei.

Aceeasi molecula de ARNm trece succesiv prin mai multi ribozomi (se formeaza poliribozomi) si pe baza ei se formeaza mai multe exemplare din molecula proteica respective Producerea unui numar exagerat de exemplare este prevenita prin distrugerea ARNm utilizat. Dupa ce molecula de ARNm a iesit dintr-un ribozom, cele doua unitati ale ribozomului se despart si se vor reuni in jurul secventei de initiere al altei molecule de ARNm.

IRetineti IOrganismele nu transmit urm asilor caracterc ci inform atia necesara pentru constituirea lo r Celula ou contine

"planuldefabricatie" al viitorului organism constand in programe care determina diviziunile eelulare (mitoze, lim ite, d ifercn tieri de celule, tesuturi si organe), biosin teza m iilor de substante speeiftce, bioritm uri, com portamente, etc. Din zigoti dcstul de asem anatori ca infatisarc pot rezulta: un greier. un salcani, o vaca sau un om, in flinctie de program ul genetic pe care ll contin. El este codificat sub forma unor lungi siruri de nucleotide din m oleculele de ADN. Unul din procesele prin care program ul genetic este m aterializat in structuri biologice este sinteza proteinelor.

dPLICfcTIIt

1. Asociati notiunile din cele doua coloane:

/. Codul genetic. Caracteristici / / . Arguntetite1. Degenerat2. Nesuprapus3. Fara virgule4. Universal

A. In toata lumea vie aceeasi codoni codifica acelasi aminoacid.

B. Nu exista nucleotide in plus intre codoniC. Doi codoni vecini nu pot avea nucleotide comuneD. Acelasi aminoacid poate fi codificat de mai multi

codoni ”sinonimi"

28

/. Transcriptia II. Tipuri de organisme1. Se copiaza informatia genetica a unei singure gene2. Se copiaza informatia genetica a mai multor gene succesive3. ARNm codifica mai multe proteine de care celula are nevoie in momentul respectiv4. ARNm precursor contine secvente informationale (exoni) si secvente noninformationale (introni)

A. ProcarioteB. Eucariote

2. In fazele sintezei proteice actioneaza enzimele:1. Peptidpolimeraze2. ARN - polimeraze3. Aminoacilsintetaze4. Ligazele3. Care este secventa de ARNm complementara urmatoarei succesiuni de baze azotate AGGCTATTC dintr-o catena de ADN:

1. TCGGUTAAG 2. UGCCUTAAG 3. TCCGATAAG 4. UCCGAUAAG4. Codonul UGA:1. Este codon stop in genomul nuclear2. Codifica triptofanul in mitocondrii3. Are semnificatia ’’inceput de sinteza11

4. Codifica metionina

r3 ORGANIZAREA MATERIALULUS GENETIC

Motcriolul g c iiflic ia virusuri si precarfoic

M a te ria lu l genetic viral

V iru su rile sunt entitati infectioase de nivel subcelular ale caror dimensiuni variaza intre 80 - 2500 A. Ele sunt alcatuite dintr-un invelis proteic numit capsida virald si un m ie z - genomul viral, reprezentat de un acid nucleic. Un astfel de virus m atur (complet) se numeste virion. In afara acestei stari de existenta,» > * virusurile se mai pot afla si sub alte forme:

- virus vegetativ - acidul nucleic aflat liber in citoplasma celulei gazda;

- provirus - acidul nucleic integrat Tn cromozomul unei celule gazda.

Virusurile se deosebesc esential de toate celelalte sisteme biologice, prin aceea ca miezul lor de acid nucleic este alcatuit fie din ADN, tie din ARN. Niciodata, in acelasi virus, nu se intalnesc ambele tipuri de acizi nucleici asa cum se intalnesc in oricc sistcm biologic cu organizare cclulara oricat de simplu ar fi el. Continand in virionul lor fie ADN, fic ARN, •. irusurile se clasifica in dezoxirihovirusuri si ribovirusuri.

Si ne reaminiim !

M ateria lu l gen e tic p rez in ta o anum ita o rgan izare Tn functie dc gradul de complexitate al sistemeior b io lo g ice . S is tem e le ae tu a ie nucleoproteinice se grupeaza in doua categorii distincte: sisteme acelulare si celulare. Din catcgoria sistem elor acelulare fac parte : virusurile. virotii, plasm idele si p r io n ii. S istem ele celulare cuprind la randul lor doua tipuri de organizare: procarioia si eucariota.

29

Este important de retinut faptul ca, la ambele tipuri de virusi, informatia genetica se afla codificata in miezul dc acid nucleic viral care se mai numeste cromozom viral sau genom viral. Molecula de acid nucleic viral poate fi circular! sau lineara, monocatenara sau bicatenara:

-ADN viral monocatenar (bacteriofagu! phi X 174);-ADN viral bicatenar (virusul herpetic, majoritatea bacteriofagilor-fig.32a)-ARN viral monocatenar (virusul gripal-fig.32b, H IV -fig.32c , virusul mozaicul tutunului -

VMT)-ARN viral bicatenar (reovirusuri).Pe unicul cromozom viral pot exista 4 gene (fagul M S J sau 135 gene (bacteriofagul T4).

Molecula de acid nucleic viral are o lungime variabila de la 3000 - 10000 nucleotide.Multiplicarea virusurilor. Desi virusurile detin in acizii lor nucleici codifiCate planurile

arhitecturale ale formarii de noi particule virale, adica ale multipliearii lor, virusurile nu se multiplica, nu se tnmultesc. Virusurile sunt multiplicate (sunt inmultite) de celula gazda, deoarece toate virusurile sunt paraziti absoluti de nivel genetic, dependenti total de o celula gazda fie bacteriana, fie vegetala, fie animala. Niciodata o particula virala nu provine prin diviziunea unei particule virale preexistente. Virusurile sunt reproduse in celula gazda, oferind doar ”instructiuni“ (informatia ereditara) pentru a fi reproduse, iar celula gazda asigura substantele, echipamentul enzimatic si energia necesare.

Genomul viral patruns in celula gazda, determina devierea proceselor de biosinteza caracteristice acesteia, astfel incat celula gazda va efectua sinteze noi dupa modelul furnizat de virionul decapsidat (numit virus vegetativ). Se sintetizeaza acid nucleic viral, proteine virale si apoi are loc asamblarea noilor componentc intr-un numarmare de virioni, dupa care, prin lizarea celulei gazda are loc eliberarea noilor virioni.

Replicarea materialuluigenetic viral se realizeaza tot pe baza de complementaritate a bazelor azotate.,dar cu unele particularitati.

La dezoxiribovirusuri catena ADN poate servi ca matrita pentru sinteza alteia. La ribovirusuri catena dc ARN poate servi ca matrita pentru sinteza alteia complementare, care la randul ei, devine matrita pentru sinteza ARN initial.

In cazul retrovirusurilor (virusul HIV 1, agentul etiologic al SIDA), replicarea ARN se realizeaza cu ajutorul enzimei reverstranscriptaza. Aeeasta enzima utilizeaza ca matrita ARN viral pentru sinteza unei catene de ADN. Rezulta, in prima etapa un hibrid molecular ARN - ADN dupa care ARN este hidrolizat, iar ADN complementar este trecut sub forma bicatenara si, sub aeeasta forma, se integreaza intr-unul din cromozomii celulelor implicate in rcalizarea raspunsului imun la om, paralizandu-i activitatea: in acest fel organismul infectat cu HIV 1 nu mai poate da raspunsuri imune la actiunea celor mai comuni agcnti patogeni.

glicoproteine anvelopS

miez de ADNcapsidaproteica

a) ■ b)

filament ----------

miez de ADN capsidS

| Fig. 32 • a) B actcrio fa^ul T4; b) V irusul g rip a l; c) N'iriisul F ll\ ' B "

bistralipidic

miezviral

ARN

reverstranscriptaza

p9. p7

30

Chiar daca sunt sisteme supramoleculare, virusurile prezinta variabilitate genetica. In cazul dezoxiribovirusurilor se poate realiza recombinarea genetica prin crossing - over, iar in cazul ribovirusurilor variabilitatea se realizeaza, in special prin mutatie.

Ca urmare apare o variabilitate genetica in cadrul populatiilor virale si respectiv o adaptare a lorm arita la conditiile variabileale mediului. De exemplu virusul gripal cu genom ARN manifesta o atat de mare variabilitate incat fiecare epidemic se datoreaza unei alte tulpini virale.

M aterialul genetic la ProcarioteOrganizarea Procariota caracterizeaza bacteriile si algele albastre verzi (numite si cianobacterii),

Toate aceste forme prezinta structura cclulara cu dimensiuni cuprinse intre 1 $i 1 Onm.O celula bacteriana este alcatuita din citoplasma, delimitate de membrana plasmatica, protejata

la exterior de un perete celular. In celula se distinge o regiune centrala care reprezinta nucleoidul. Nucleoidul nu este separat fata de citoplasma printr-o structura membranara. astfel ca el nu poate fi socotit un nucleu adevarat.

Corespondentul nucleoidului este cromozomul bacterian de forma circulara. El reprezinta suportul fizic al unicului grup de inlantuire a genelor (aproximativ 2000 - 3000 gene). Ca urmare toate genele de la bacteria mama se transmit in bloc la bacteriile fiice. Cromozomul are o lungime de 1000 de ori mai mare decat diametrul celulei. contine o macromolecula de ADN circulara cu aproximativ 40-50 buclc si superrasuciri (circa 400 pcrechi nucleotide / bucla) care sunt mcntinutc prin intermediul unor molecule de ARN (fig. 33), Cromozomul bacterian este atasat de membrana plasmatica a celulei bacteriene prin intermediul unei structuri derivate din aeeasta, carc este numit mezozom.

In afara cromozomului circular bactcrian (suportul grupului principal de gene), se pot afla in citoplasma celulei bacteriene, una sau mai multe structuri ereditare aditionale. Aceste structuri extracromozomiale, separate fizic de cromozomul principal, au fost denum iteplasmMe. Plasmida este o molecula circulara de ADN bicatenar care reprezinta 1% din cromozomul bacterian principal. Ea reprezinta un minicromozom ce poarta 6 - 8 gene si care se replica independent de crom ozom ul principal. Ca exemple de plasmide pot fi considerate ' dc to nil de sex (factoml F) sau factond de rezistenta la antibiotice (factond R). Plasmidele pot fi transferate de la o celula la alta, pot suferi mutatii, pot fi pierdute >au pot fi redobandite de catre celula bacteriana,Datorita acestor procese, o populatie bacteriana prezinta o mare heterogenitate, ceea ce reprezinta un avantaj selectiv pentru adaptarea la mediu a bactcriilor.Studiul plasmidelor a trezit interes deosebit din partea cercetatori lor mai ales cand s-a constatat ca ele detin genele de rezistenta la antibiotice - markeri genetici foarte im portanti si foarte usor de decelat prin antibiograme,

In ultimul timp studiul plasmidelor bacteriene suscitat un interes mai mare, cand s-a constatat ca

ele pot fi folosite in experiente de inginerie genetica vehiculi cu ajutorul carora pot fi introdusi in celula

b acteriana , gene dc la eucario te . P lasm idelereprezinta un element esential in tehnoJogia ADN Fig. 33 • C rom ozom ul b ac te rianrecombinat.

31

ADN

P6«»tecalulAr Nfembrana

pfcramaOca

2.5 M

dtxaoml ^ cromozomul bacterian 1----- 1M

S e ob s erva crom ozom ul circular atasat da membrana plasmatica

30,^ Intr-o Invaginaro = mezozom

■>1. Cromozomul circular

bacterian2. Bude3. Superrfisudrl

1 ftetinefci !r tLa virusuri, genomul este reprezentat de un singur cromozom de forma circulara sau lineara

pe care sunt dispuse genele intr-o anumita ordine. Cromozomul viral este reprezentat de o macromolecula dc ADN sau o macromolecula dc ARN.* La bacterii cromozomul are forma circulara si este reprezentat de o macromolecula de ADN bicatenar care-si pastreaza structura cu ajutorul unor molecule de ARN.

1. Asociati notiuniie:J— J - ----/ . Sisteme de organizare II. Materialul geneticA. RibovirusuriB. DezoxiribovirusuriC. Bacterii

1. Cromozom circular ce contine ADN si ARN> >2. Cromozom ce contine ADN3. Cromozom ce contine ARN------------------------------- --------------------X- - ----- -- —

II. Material genetic II CaracteristiciA. Cromozom viralB. Cromozom bacterianC. Plasmid

1. Mezozom2. Factorul F3. 1%4. 2000 - 3000 gene 5 .3 - 200 gene6 . Bucle si superrasucuri

2. Explicati replicarea materialului genetic la retrovirusuri.3. Explicati procesul de variabilitate la virusuri si bacterii.4. Motivati de ce virusurile nu au un metabolism propriu.

Materialul genetic la eucarioteMaterialul genetic la eucariote se afla in nuclcul celular

dar si in citoplasma mai precis in mitocondrii, cloroplaste,etc.1. La nivelul nucleului materialul ereditar este

organizat intr-o substanta numita cromatina.Cromatina este forma interfazica a cromozomilor.

adica a structurilor caracteristice ce apar evident la eucariote doar in timpul diviziunii nucleare.

La eucariote cromozomii au o arhitectura foarte complexa, fiind alcatuiti din 13- 15% ADN. 12-13% ARN cromozomial; 68-72% proteine histonice si nonhistonice, mici cantitati de lipide. ioni de Mg2" §i Ca2". Componenta cea mai importanta a cromozomului eucariotic este ADN. El poate fi impartit in doua categorii: secvente unice de nucleotide in care sunt incluse genele si secvente repetitive, reprezentate de una sau mai multe fractii de ADN, in care anumite secvente de nucleotide se repeta de un num ar variabil de ori (de la 102 - 106 ori). Acest ADN repetitiv este de obicei noninformational, adica nu contine gene structu ra l, ci indeplineste alte roluri, mai ales in reglajul genetic, diferentierea cclulara si evolutia materialului genetic. In cromozomii eucariotelor, secventele de nucleotide repetitive sunt intercalate cu secvente unice, nonrepetitive.

Cromatina prezinta doua stari functional© alternative si reversibile: eucromar;>;j si heterocromatina.

Sfi ne reamintim !

Eucariotele sunt organisme a caror celule poseda nueleu tipic Tnvelit in membrana nucleara.

32

Cromozom metafazic

Nucleosomu!

Format dintr-un octamer histonic Tnconjurat la exterior de un segment din ADN alcatuit din 140 perechi de nucleotide dispuse sub forma a dou3 inele la varful si la baza octamerului

Proteine histonice

HjA. H jB.

Cromatide

Cromatina

LegStura dintre doi nucleosomi se realizeaza printr-o cesventa de ADN de cateva zeci de nucleotide unite prin interme­diul unei proteine histonice Ht

ADN

Eucromatina p rez in ta proprietati de colorare norm ale cu c o lo ra n ti b az ic i si un c ic lu de condensare standard (condensare in d iv iz iu n e si d ec o n d e n sa re in interfaza). La nivelul eucromatinei se a fla secv en te u n ice de A D N .*Eucromatina reprezinta partea activa genetic in transcrierea crom atinei interfazice, la nivelul ei aflandu-se cea m ai m are p a rte din p ro te in e le n on h isto n ice care cond itio n eaza functionarea materialului ereditar in replicare sau in transcriere.

Heterocromatina are un ciclu atipic de condensare. Ea reprezinta cromatina care este condensata si in interfaza cand apare sub forma de cromocentri. La nivelul ei replicarea ADN este intarziata si este inactiva in■ ■ 5tra n sc r ie re . D aca eu c ro m a tin a c u p rin d e g en e le m a jo re , heterocrom atina prezinta mai ales functii reglatoare.

Cromatina eucariotelor este un lant flexibil alcatuit din unitati care se repeta si care se numesc nucleosomi (fig.34). Fiecare nucleosom are forma unui cilindru turtit format dintr-un octamer de proteine histonice (H2A, H 2B, I \v H4 luate cate doua) inconjurat la exterior de un segment de ADN alcatuit din 140 perechi de nucleotide* Acestea form eaza o pereche de inele la varful si la baza cilindrului. Legatura dintre doi nucleosomi se realizeaza cu ajutorul unei secvente de cateva zeci de nucleotide care se gasesc unite cu un alt tip de histone H.r

Din complexarea ADN cu histonele rezulta complexul nucleohistonic, care alcatuieste fibra de cromatina. Nucleii si cromozomii eucariotelor contin asemenea fibre de cromatina al caror diametru este de 100 300 A. Fiecarui cromozom eucariot ii corespunde o singura fibra de cromatina nucleohistonica si deci, asemanator cromozomului procariot, o singura molecula dublu catenara de ADN. Cromatina nuclcului in terface ca si cromatina cromozomului in diviziune contine si variate proteine nonhistonice. Nonhistonele sunt foarte heterogene. Ele prezinta specificitate de specie si dc tesut. Nonhistonele apar ca activatori specifici ai genelor eucariote. Prin fosforilarea nonhistonelor crestc rata de transcriere.

Descoperirea ca atat cromatina interfazica cat si cromozomii in timpul diviziunii, prezinta aceeasi structura nucleosomala fundamentala, demonstreaza continuitatea organizatorica a materialului genetic de-a lungul intregului ciclu celular. De fapt cromozomii nu dispar in interfaza. Individualizarea lor in profaza diviziunii este un aspect de fenotip cromozomal realizat in vederea desfasurarii cu mare exactitate a evenimentelor distributive ale ciclului celular, adica repartizarea aceleiasi informatii ereditare in celulele fiice prin distributia unui num ar egal de cromozomi in aceste celule.

Pregatirea celulei pentru diviziune presupune atat dublarea cantitatii de ADN cat si a substantelor asociate, adica a Tntregii cantitati de cromatina.Fiecare cromozom este deja dublu la inceputul mitozei

Fig. 34 4 M ateria lu l gcnetic la eucario te

33

a - q r o m p z o m m e t a c e n t r i c b - cromozom submetacentric c - cromozom subtelocentric d - cromozom acrocentric

34

Fig.35 • T ip u ri de crom ozom i

sau meiozei, asa ca acum o celula diploida din punctul de vedere al numarului de cromozomi, este tetraploida din punct de vedere al cantitatii de cromatina.Acum fiecare cromozom este format din doua cromatide. Ele sunt identice din punct de vedere al informatiei subtiri, paralele si unite prin tr-o zona num ita centroraer, Cromatidele reprezinta de fapt cromozomii-fii care inca nu s-au despartit.

La inceputul profazei cromozomii devin vizibili la m ie ro sco p u l op tic d eo arece se sp ira liz e a za , mgrosandu-se si scurtandu-se. Ei ajung in metafaza la o

condensare maxima. Acum ei au numarul, forma si marimea caracteristiee fiecarei specii si aeeasta proprietate

constituie un important caracter taxonomic. Prin distrugerca fusului de diviziune, cromozomii se vor dispersa din planul ecuatorial al celulei putand fi fotografiati la microscop. Decupand imaginile si ordonandu-le in perechi numerotate in ordinea descrescatoare a marimii se obtine cariotipul speciei respective. Pozitia centromerului este un caracter morfologic constant, un criteriu de elasificare a cromozomilor (fig.35).

2. In citoplasma celulelor eucariote s-a evidential existenta unui material genetic propriu reprezentat de ADN din organitele celulare (ADN mitocondrial, ADN cloroplastic) numit ADN extranuclear.

Acest ADN poseda unele insusiri particulare, ADN extranuclear se replica dupa modelul semiconservativ, dar nu in perioada S (de sinteza) a ciclului celular, ci independent de ADN nuclear. El se deosebeste de ADN nuclear al speciei respective prin greutatea moleculara si raportul A -r T / G 4 * C ceea ce face ca si viteza cu care se realizeaza denaturarea-renaturarea sa fie diferita, Datorita acestor deosebiri nu sc pot obtine hibrizi molecular! intre ADN nuclear si cel extranuclear.

Comparativ cu ereditatea controlata de genele nucleare (ereditatc m endeliana) care se caracterizeaza prin aceea ca genele de la cei doi parinti, tata si mama, contribuie in mod egal la formarea constitutiei genetice a urmasilor (eredilate biparentala), ereditatea citoplasmatica sau nemendeliana se caracterizeaza mai ales prin transmiterea la descendenti a trasaturilor genetice mateme (ereditatc uniparentala - materna). Acest lucru se datoreaza faptului ca in marca majoritate a cazurilor numai gametul femel poseda atat nucleu cat si citoplasma, in timp ce gametul mascul poseda in general numai nucleu.

I Retineli !« r• Totalitatea genelor nucleare, numite cromogene, fonneaza genomul.* Totalitatea genelor citoplasmatice, numite plasmagene fonneaza plasmonul.

Cromogenele impreuna cu plasmagenele alcatuiesc genotipul.Organismele eucariote prezinta diviziune mitotica si meiotica, care asigura reproducerea

echilibrata a materialului genetic, precum si posibilitati imense de diversificare aprogram elor genetice si deci de asigurare a variabilitatii genotipice.

n^PLICNTII

1. Evidentiati principalele caracteristici de superioritate ale cromozomului eucariot prin comparatie cu cel procariot.2. Care sunt principalele componente ale cromozomului metafazic ?

34

3. Aft'gctTraspunsurile corectc:a. nucleosomul este unitatea structurala a nucleoidului;b. nucleosomul este unitatea structurala a moleculei de ADN;c. nucleosomul este unitatea structurala a cromatinei;d. nucleosomul este unitatea structurala a plasm idului.4. Asociati notiunile din cele doua coloane :1 .cromozomi putemic condensati; a. uneste cele doua cromatide;a *

2 .centromer; b, format din proteine histonice;3.nucleosom; c. metafaza;4 cromozomi monocromatidici. d. o singura macromolecula de ADN

Cvidentiereo cromozomilor uriosi low wDrosophila melanogaster

•V

* ^

Materiale necesare: lame si lamele microscopiee, ac spatulat, solutie carmin-acetica, lampa de spirt, hartie filtru, larve de drosofila in stadiul III (inainte de impupare).

Mod de lucru. Se folosesc larve de stadiul III, de Drosophila, femele, care sunt mai mari decat cele mascule.Glandele salivare sunt plasate in partea anterioara a corpului larvei legate de armatura bucala, care apare ca un punct negru.Printr-o m iscare de smulgere se detaseaza aeeasta parte anterioara a corpului care se pune intr-o picatura de carmin- acetic in care sta circa 3 min. Se aplica lamela. Se aplica hartia de filtru. Se preseaza putemic cu degetul mare pentru etalare. Se inlatura excesul de carmin, Se examineaza la microscop.

Descried si desenati ce observati!

Cromozomi uria$i * «<

SC AIC

*®r

Cvidenliereo cromozomilor prin metotfo ropidi de colorore cu solutie cormin-ocetlcA

Materiale necesare: sticla cu dop rodat si cilindrii gradati de diferite capacitati ( ’ 00 pana la 1000 ml), vase Erlenmeyer, baloane de sticla, palnii de sticla, lampi de spirt, sticle de ceas sau cristalizatoare mici (25 ml), fiole de sticla, lame si lamele microscopice, hartie de filtru, pensa, ace spatulate, microscop. Dintre substante sunt necesare: acid acetic glacial, carmin, acid clorhidric nor­mal (HC1 82,5 ml la 1000 ml apa distilata). Ca material biologic se pot folosi bulbi de ceapa, seminte de eeapa, cariopse de secara, orz etc.

Mod de lucru.1. Prepararea fvcatorului: apa acetica (45 ml acid acetic glacial + 55 ml apa distilata).2. Prepararea colorantului: carmin- acetic 2% (apa acetica 100 ml + 2 g carmin pulbere). Se

amesteca intr-un balon de sticla, se lasa sa fiarba circa 30 min. apoi se raceste, se filtreaza si se pastreaza in sticle brune cu dop rodat.

3. Pregatirea materialului biologic: se pun bulbii de ceapa cu discul (tulpina adevarata) in pahare cu apa la incoltit sau seminte de ceapa, cariopse de orz, secara etc. la germinat in cutii Petri, pe hartie de filtru umectata cu apa. Cand radicelele au 1 cm lungime se tree intr-o sticla de ceas sau o capsula de sticla cu solutie de carmin acetic 2 % la care se adauga cateva picaturi de acid clorhidric normal (9 parti solutie carmin acetic + 1 parte acid clorhidric normal). Se incalzeste la flacara unei

35

lampi dc spirt (5 minute radicelele de ceapa si 10-14 minute cele de cereale), evitand fierberea. Prin acest tratament se realizeaza concomitent fixarea (omorarea celulelor si pastrarea nealterata a morfologiei constituentilor citoplasmatici), hidroliza (inmuierea tesuturilor prin distrugerca partiala a lamelelor celulozopectice dintre celule) si colorarea cromozomilor.

4. Efectuareadepreparatemicroscopiceproaspete, prinm etoda squash(a strivi, a zdrobi): pe o lama microscopica se aseaza o radiccla de la care se detaseaza numai zona meristematica din varf (circa 3 mm) cu un ac spatulat. Se pune o picatura de carmin- acetic 2% (fara HC1) si se aplica deasupra o lamela. Apoi cu un bat de chibrit se bate usor pentru a etala celulele intre lama si lamela, astfel incat sa fie un strat uniform celular. Se face in acelasi timp o buna etalare a cromozomilor.

5. Observarea preparatelor:- Desenati celule aflate in diferite faze:- Precizati in ce faza se afla cele mai multe celule;- A legeti celulele in care metafaza se vede ce! mai bine si desenati cromozomii care pot f i

vdzuti mai dar. Scrieti sub desene cefel de cromozomi sunt, avand in vederepozilia centromerului.

G tnom ica*

~ . Genomica - obiect de studiuAC reamintim ! Astazi notiunea de genom s-a extins de la

materialul nuclear eucariot la aparatul genetic al In mod traditional, term enulde genom se o rgan ite lo r celulare (genom ul m itocondrial,

refera la setul haploid de cromozomi din genomul cloroplastic) precum si la cromozomii nucleul celular al organismelorpluricelulare. procariotelor si virusurilor. Cu studiul genomurilor

se ocupa genomica.Genomica este stiinta care se ocupa cu dezvoltarea si aplicarea noilor tehnici si proceduri de

carfare, secventiere si analizd computerizatd in studierea genomurilor integrate ale organismelor.Genomica are trei ramuri distincte.a .Genomica structuralcr. $e ocupa cu cartarea genetica, cartarea fizica si secventierea de

genomuri integrale;b .Genomica functionala: studiaza functiile genelor si a secventelor necodificatoare la nivelul

intregului genom;c ^Genomica comparata: se ocupa cu studii comparative privind organizarea genomurilor

diferitelor specii pentru cunoasterea functiilor fiecarui genom si a proceselor evolutive pe care le-au suferit genomurile.

Metode f l tehnici de studiuTehnicile de prelucrare si analizare a acizilor nucleici si a altor biomolecule au numeroase

aplicatii si sunt de marc viitor. Ele sunt foarte complexe si de aceea ne limitam la o prezentare a principiilor pe care se bazeaza cateva dintre ele.

Tehnologia ADN - ului recombinatAeeasta tehnologie grupeaza tehnicile care permit sinteza chimica a genelor sau izolarea genelor

unor orgamsme, urmata de insertia (transferul) acestora in genomul unor celule apartinand altei specii.Sinteza genelor:Daca $e cunoaste succesiunea de aminoacizi dintr-o proteina, se poate realiza, pe baza codului

genetic, sinteza de ARNm corespunzatoi\ iar apoi sinteza genei respective (ADN). Pe aeeasta cale se poate produce gcna pentru orice proteina.

36

Izolarea genelor unor organisme:Pentru aeeasta se utilizcaza enzim e endonucleaze de restrictie extrase de la diferite specii de

bacterii unde au fost identificate peste 150 de asemenea enzime. Fiecare dintre ele recunoaste o anumita secventa de nucleotide din m olecula de ADN, La acest nivel, enzima numita si restrictaza actioneaza hidrolizand legatura fosfodicstcrica si taie ADN in asa fel incat lasa niste prelungiri monocatenare ale fragmentelor de A D N . Aceste prelungiri, care contin secvente complementare, se numesc ’’capete lipicioase4* din cauza ca ele se asociaza instantaneu. Fragmentele de ADN rezultate sub actiunea endonucleazelor de restrictie se mai numesc restricte. Ele sunt supuse electroforezei si ca urmare, vor migra in campul clectroforetic, dupa Incarcatura lor electrica. Imaginea obtinuta este o electroforegrama, care sta la baza hartilor de restrictie.

Transferul genelor de la o specie la alta.Sinteza unei gene sau izolarea unei gene reprezinta indiscutabil o victorie pe plan stiintific, dar

ea ramanc fara ecou practic, daca gena nu este introdusa intr-o celula unde sa functioneze. Gena straina functioneaza numai daca este integrata in materialul genetic al ’’celulci gazda“ . In general celulele au mijloace prin care sa recunoasca si sa distruga ADN strain cu ajutorul unor enzime de restrictie (endonucleaze). Deci pentru a transfera o gena, trebuie gasita o calc pentru a 'Insela" vigilenta celulei tinta. Acest aspect se poate obtine asociind gena cu un vector. Vectorul este o structura genetica pe care celula o recunoaste si o accepta, un fel de ”cal troianu. Plasmidele si virusurile indeplinesc aeeasta conditie si de aceea sunt folosite ca vectori.

Urma ridfig, 36 si identificatiprincipalele etape ale trunsferului de gene!Se actioneaza cu aceeasi enzima de restrictie siy 3 ' y

asupra vectomlui, care din circular va deveni linear. El va avea la cap e te sec v e n te m o n o c a ten a re , complementare cu ale genei ce urmeaza a fi transferata .Gena si vectorul vor fi amestecate in prezenta enzimei ADN ligaza, sub actiunea careia se restabilease legaturile fosfodiesterice taiate de endonucleaza de restrictie. Vectorul si gena formeaza acum o structura genetica noua, un ADN - recombinat, pe care il introducem intr-o cultura de bacterii. Pentru ca nu toate bacteriile "au acceptat cadoul‘fc incorporand ADN recombinat, se aplica in continuare tehnici de eliminare a ce lu le i# necontaminate. Organismele care au primit gene de la alte specii se numesc organisme transgenice.Procesul de in troduces in celula bacteriana a unui plasm id recom binat si dc replicare a acestuia in descendenta, cu m entinerea si functionarea genei straine in celula bacteriana, de-a lungul generatiilor celulare, se numeste clonare molecularct.

Din randul vehiculelor (carausilor) genei de interes face parte si "cromozomul artificial dedrojdie- M C '- c e l mai util construct molecular pentru transferul de gene umane in celulele de drojdie. Aceste celule sunt utilizate preferential ca gazda pentru ca este un eucariot si are toata ”masinaria“ de transcriptie si translatie de tip eucariot. YAC contine o regiune corespunzatoare centromerului si cele doua capcte ale crom ozom ului te lom ere le .G ena de in teres se

. _ - l i i

fragmferit*de: ADN* u’manlSiat' dfe't

apropiereacapetelor

fragment de plasmid cu gena inserata

sudarea prin ligazd

‘ bacterie

bacteria cu hibrid supravietuie^te

bacteria f5ra hibrid moare

Ft i«. 3 6 f Tehnica tra r .s te ru lu i dc

37

Om

Fragment de AND uman

i 0 * 0r Bactene (Escherichia coli)

r ?Izolarea genei care determine sinteza hormonului de

crestereln$ertia genei la vectors^?

IIntroducerea

vectorului sau a nhibridului" in celulSJ V

A*

I

Izolarea vectorului:

Deschiderea vectorului

Multipiicareabacteriilor

Cultura industrial de bacterii- productia ( de hormon de crest’eri

uExtragerea si purificarea

produsuluiTratarea copiiior cu deficit

de hormon i de crestere

Fig. 37 • O b tin erea ST H din bac terii m odificafe genetic

insereaza intre centroiner si telomer. Colectia totalajde fragmente de ADN uman introduse in celulele bacteriene sau de drojdie, constituie o ”hibliotecd genomica Umanau.

Rezultatele practice ale transferului de gene nu s-au lasat mult asteptate. Unul dintre cele mai spectaculoase este obtinerea insulinei prin inginerie g en e tica . A cest horm on se o b tin ea , in mod traditional, din pancreasul de bovine si porcine. In prezent exista deja bacterii din specia Escherichia coli rcprogramate genetic prin transferul genei pentru insulina umana. Celula bacteriana are ritmuri foarte rapide de diviziune. Odata introdusa gena pentru insulina in mod stabil in celula bacteriana, aeeasta se va replica cu fiecare diviziune a celulei bacteriene. A stfel, intr-o cultura bacteriana aflata intr-un bioreactor (vas de cultura in care se realizeaza cresterea industrials a bacteriilor) num arul de exemplare ale acestei gene poate ajunge la cateva m iliarde. T ranscrise in m oleculele de ARNm purtator de mesaj genetic pentru insulina um an!, aceste miliarde de exemplare ale genei vor asigura sinteza unor cantitati industriale de insulina umana *

in celulele bacteriene. Insulina umana produsa pe aeeasta cale s-a numit humulina. Utilizarea ei are avantajul ca sunt eliminate accidentele imunologice.

U lterior s-a reusit transferu l in bacteria Escherichia coli a genelor pentru hormonul de crestere (fig .37 ), pentru angiotenosina 11 (reglator al tensiunii arteriale) sau pentru interferon (proteina ce mobilizeaza mecanismele de aparare antivirala la om si animale).

T rebuie sub lin ia t si faptul ca ingineria genetica a permis sa se obtina date foarte importante despre structura si functia genelor.

PCR - Reactia de polimerizare in lant (Polym erase Chain

R eaction)

AtnpUficarea ADNPCR p e rm ite o rap id a a m p lif ic a re a

secventelor de ADN, chiar atunci cand materialuls *de initiere este un ADN putemic degradat dar care

trebuia utilizat in studii de antropologie moleculara si paleogenetica (ADN recuperat din oasele fosile, din mumii, din tesuturi formolizate). Prin reactia polimerizarii in lant putem obtine orice cantitate de ADN pornind chiar de la o singura molecula.

ADN polimeraza Taq

3’

+ a m o rs e ( © □ >

In e^ lz ira d en atu ra re

- h lb rid are3 ^ am o rs6

5 n i Taqadau9*

□ □

3 d& zoxinuc lddtide[JJ , «

In c ilz iro Q

1« □

D o naturaro

? j j j

. 1 1 IB

Repetare c iclu

O

I J

1

0111001. 01,C E OFig. 38 • Tehnica am plificarii ADN

38

Victima

f Proba (dc la locul crimei)

Fig. 3 9 * Identificarea ADN

Pentru reactia polimerizarii Tn lant sunt necesare:

-ADN polimeraza rezistenta la tem p era tu ri in a lte (Taq) ex trasa dintr-o bacterie care traieste in ape termale (Therm us aquaticus)\

- Matrita ADN ce urmeaza a fi amplifieata;

- Primerii sau amorsele doua oligonucleotide sintetizate ”in vitro “- alcatuite din lanturi monocatenare foarte scurte. Ele trebuie sa formeze h ib riz i m o lecu la ri la c a p e te le moleculei de ADN care urmeaza a fi amplificat. Aici se initiaza activitatca ADN polimerazei.

Se introduc in reactor: proba de ADN, cele 4 nucleotide ADN trifosforilatc, cele doua amorse si ADN polimeraza.

Se incalzeste amestecul pana cand ADN se denatureaza (la temperaturi de peste 100°C se rup legaturile slabe de H, rezultand ADN monocatenar). Se raceste amestecul si ADN ramane denaturat. Primerii se vor atasa, formand hibrizii moleculari la capetele celor doua catene acum separate. Sub actiunea ADN- polimerazei fiecare catena serveste ca matrita pentru sinteza catenei complementare. Ca urmare cantitatea de ADN s-a dublat. Se repeta operatiile. La fiecare ciclu, incalzire - racire, cantitatea de ADN se dubleaza (fig.38). Exista aparate care fac aceste operatii autom at

Identificarea ADN incepe prin aplicarea unor enzime dc restrictie. Ele vor taia molecula de ADN in fragmente de diferite dimensiuni. Se stie ca ADN uman coniine portiuni noninformationalc extrem de variabile, diferite de la o persoana la alta. Din aeeasta cauza, ADN de origini diferite va produce fragmente de restrictie de lungimi diferite (FR).

Amestecul de fragmente obtinut este plasat pe o pelicula de gel. Pelicula este asezata intr-un camp electric. Datorita gruparilor fosfat incarcate negativ, fragmcntele migreaza prin gel spre anod (electroforeza): cele mai mici, mai repede si mai departe, cele mai mari, mai incet si mai aproapc. Pe pelicula dc gel se formeaza o succesiune de benzi (ca In codul de bare de pe marfuri). In gel, benzile sunt invizibile. Pentru a fi puse in evidenta, se impregneaza pelicula cu coloranli specifici pentru ADN. De exemplu bromura de etidiu face ca ADN sa devina fluorescent in lumina ultravioleta. Configuratia benzilor ditera de la o persoana la alta, ca o "amprenta“ ADN. Ea este idenlica la gemeni si foarte asemanatoare la rudeie apropiate, Aeeasta metoda poate ser\'i la identificarea persoanelor in medicina judiciara (fig.39).

Determinarea succesiunii nucleotidelor din ADN poate fl realizata cu ajutorul sondelorgenetice. Acestea sunt fragmente monocatenare de ADN sau ARN cu succesiunea nucleotidelor cunoscuta. Ele contin nucleotide marcate radioaetiv sau chimie. Marcarea fadioaetiva se realizeaza prin incorporarea unor izotopi radioactivi n P sau tritiu (3H) in anumite nucleotide.

Sonda genetica se aplica peste un filtru care a absorbit ADN denaturat din benzile separate prin electroforeza. Peste filtru se aplica la intuneric, un film fotografic. Daca ADN cercetat contine secventa complementara sondei, se formeaza un hibrid molecular la nivelul uneia din benzi: pe radiogratie va aparea in dreptul benzii respective o linie; astfel se poate afla daca ADN cercetat contine sau nu o anumita secventa (fig. 40).

39

Cu ajutorul sondelor genetice pot fi diagnosticate mutatii, infectii virale incipiente, cancer in stadiu incipient etc. De asemenea devine posibila stabilirea loeusului diferitelor gene in cromozomi.

| R c t in e t i !

Anul 1990 a deschis era Genomicii cu proiecte simple de descifrare a secventei de nucleotide a unor sisteme primitive precum virusurile, apoi la b ac te rii, pen tru ca u lterio r, sa se treaca la descifrarea si fmalizarea in 1 1 februarie 2 0 0 1 a celui mai am bitios proiect stiin tific al lumii contcmporane - Proiectul genomului uman.

8 /4PLICM II

ADN de explorat

Sectionare ADN cu o n ilm e de

restrictie

x xxxxxFragment?

restrictie(FR)S eparare prin electroforezd

ge l de agaroz&

itifica rca pozitiei proboi nibridizato

p e film fo to g ra f ic

Fig. 40 * Utapeie tchnicii de m arcare rad io ae tiv a ______

i1. Descrieti succesiunea operatiilorprin care, pomind de la un fir dc par gasit la locul unei fapte penale, poate fi identi ficata persoana care a comis-o.2. O celula contine mai multe tipuri de ARNm, in funetie de sintezele proteice aflate in curs. Cum poate fi identificat si extras un anumit ARNm din acest amestec cu ajutorul unei sonde genetice?

4Atglojul genetic le precoriete*

Sfi ne ream iniim !

C e lu la e s te u n ita tea s tru c tu ra la , fu n c tio n a la si » > genetica a organismelor vii.

Teorja operonuluiCelula vie desi are dimensiuni infime, are o activitate

de m are efic ien ta ,s in te tizand o anum ita substanta in cantitatea, la locul si in momentul potrivit necesitatilor sale metabolice.

De exemplu in celula bacteriei Escherichia coli, se gasesc intre 3000 si 6000 de substante chimice diferite. Toate

aceste substante sunt produse de celula bacteriana exact in cantitatile de care are nevoie la momentul respectiv si cu consum minim de energie. Aeeasta inseamna ca nu toate cele 3000 de gene ale bacteriei functioneaza concomitent, ci ele intra in activitate sau isi intremp functionarea in corelatie cu necesitatile celulei. Aeeasta inseamna ca activitatea celulelor este autoreglata genetic.

Geneticienii francezi Jacob si Jaques Monod de la Institutul Pasteur din Paris au elaborat in 1960 teoria reglajului genetic al activitatii celulare pe baza cercetarilor efectuate la organismele procariote. Pentru aeeasta realizare ei au fost distinsi cu premiul Nobel.

40

Teoria reglajului genetic al sintezei proteinice la bacterii este cunoscuta si sub denumirea de teoria operonului. Aeeasta teorie pomeste de la premisa ea in cromozomul bacterian exista un operon- unitate de transcriptie alcatuita din gene structurale, operator si promoter,dispusc in nemijlocita continuitate, pe un acelasi segment cromozomal.

Genele structurale contin inform atia genetica pentru sinteza unor proteine sau a altor biomolecule necesare realizarii structuri lor si functionarii celulei.5 j

Operatorul ocupa un sector din cromozomul bacterian situat inaintea genelor structurale. Jacob si Monod au dat numele de operator unui asemenea sector din cromozomul bacterian deoarece de el depinde functionarea sau nefunctionarea genelor structurale.

Promotorul este situat inaintea genei operatoare si are rolul de a initia transcrierea genelor structurale prin asociere cu ARN polimeraza.

Jacob si Monod au evidentiat ca functionarea normala a operonului este co n d itio n a l si de un alt element genetic gena reglatoare. Aeeasta este situata in cromozomul bacterian la o anumita distanta fata de regiunea cromozomiala a operonului. In secventa sa de nucleotide gena reglatoare contine informatia genetica care dirijeaza sinteza unei proteine numita represor. Represorul are 2 conformatii reversibile care ii dau posibilitatea sa fie activ sau inactiv, blocand sau permitand operonului sa functioneze prin asocierea sa cu operatorul. De aceea reglajul genetic este de doua tipuri: inductibil si represibii

Sistemul inductibilIn sistemul inductibil represorul este sintetizat in forma activa. Reglajul inductibil intervine in

sinteza enzimelor catabolice, Putem evidentia ca exemplu operonul lactozei.Lactoza reprezinta substanta carc trebuie catabolizata. Pentru catabolizarea ei sunt necesare 3

enzime care sa tatalizeze etapele intermediare, succesive ale acestui lant metabolic.Daca in mediul de cultura nu exista lactoza, bacteria nu are nevoie de enzimele care sa transforme acest substrat.Represorul

i j •» .» aft

;i i i i i i i i t i i ■> / j i j . . . .

R

R p

In absenta substratului (substanta A ..materia prim2“) represorul (RB)

este activ si operonul nu functioneaza

p o S A s B s c

............................ I ¥ .....................; " v " " •............................... .... i * ' • « i i n i • i . i i . . i . . .

ARNmA ARNmB ARNmC

*

Si- (Ea eb @RP<- „ * + +

A -------► B -------► C -------► D

Cand In mediu apare substratul (substanta A) represorul este inactivat (Rp.i.) operonul functioneaza §i substratul

este prelucrat (inductie).

Fig. 41 • S istem ul inductibil

41

operonului lactozei fiind sintetizat in forma activa, este capabil sa se cupleze cu operatorul si sa -1

blocheze(fig.41 a). Daca in mediu apare substanta care trebuie catabolizata (lactoza), interaetioneaza cu represorul activ si il inactiveaza. Asadar substratul nutritiv devine inductor(fig.41 b). Represorul nu mai actioneaza asupra operonului, genele structurale incep sa functioneze si se realizeaza sinteza enzimelor catabolice care vor cataboliza lactoza. Functionarea genelor decurge atata timp pana cand scadeconcentratia substratului, moment in care represorul, ramas singur, devine din nou activ, actionand asupra genei operatoare, blocheaza acti vitatea intregului operon. Procesul se reia la o noua concentrate a substratului.

Sistemul represibilIn sistemul represibil, represorul este sintetizat in forma inactiva. Reglajul represibil intervine

in sinteza enzimelor anabolice ffig.42). Evidenticm spre exemplificare operonul izoleucinei (fig.43).Aminoacidul izolcucina se poate sintetiza pornind de la am inoacidul treonina. Pentru

transformarea treoninei (produs initial) in izolcucina (produs final) sunt necesare 4 etape intermediare

ARNmA ARNmR ARNm

C o R p ®

Produsfinal

Retroinhibitie enzimatica

Represie

Fig.42 • S istem ul repr<?$ibii

succesive si 5 enzime (proteine functional) care actioneaza succesiv. Aceste 5 enzime (Ep E , Er E4, Es) sunt sintetizate de 5 gene structurale (Sp S2, Sv S4, S.).

Trebuie subiiniat ca represonil operonului izoleucinei este sintetizat in fonna sa nativa ca represorA

inactiv, Ca urmare operatoml ramanc liber. In aceste conditii este permis accesul ARN polimerazei la cele 5 gene structurale care vor fi transcrise intr-un ARNm. care poarta mesajul genetic pentru cele 5 enzime, fiecare enzima catalizand cate una din cele 5 etape din calea metabolica, care transforma treonina in izolcucina.

in cazul in care s-a sintetizat o cantitate suficienta de izolcucina (produs final) se impune stoparea sintezei sale. Celula bacteriana are doua posibilitati prin carc se poate realiza blocarea sintezei izoleucinei: represia enzimatica si retroinhihitia enzimatica.

Represia enzimatica, Deoarece represorul operonului izoleucinei este sintetizat ca represor inactiv, pentru a fi blocata functionarea operonului, represorul trebuie convertit din forma sa inactiva in forma sa activa. Pentru aeeasta, insusi produsul final izolcucina sc asociaza cu represonil inactiv si-1 transforma in represor activ. Sub aeeasta fonna el se eupleaza cu operatoml blocandu-1 si astfel nu

42

R etroinhibitie en zim atica

Represie enzimatica

Fig. 43 • O peronu l izoleucinei

mai permite accesul enzimei ARN polimeraza la genele structurale. Ca urmare ele nu vor mai fi transcrise. Deci operonul trece de la starea sa functional! in starea represala.

Retroinhihitia enzimatica inhibitie prin produs final. Produsul final (izolcucina) se eupleaza cu moleculele enzimei treonindczaminaza (prima din cele 5 enzime care transforma treonina in izolcucina), o inactiveaza si ca urmare se blocheaza intreaga cale metabolica. Cand izolcucina va fi epuizata din celula, este reactivate treonindezaminaza care reia calea metabolica de sinteza de izolcucina sau este reluata functionarea operonului prin reconversia represorului din starea activa in starea sa inactiva.

f t e t i f i e t i !* tPrincipalul nivel la care are loc reglarea activitatii genice la procariote este cel al transcriptiei

genice.Elemental decisiv al naturii inductibile sau represibile a unui operon este forma initiala

activa sau pasiva a represorului.

dPLICfcTII

1. Mentionati principalele componente ale operonului si rolul lor in sinteza proteica.2. O cultura de bacterii Escherichia coli este tinuta pe o perioada de o zi intr-un mediu lipsit de lactoza si de treonina. Care este starea de functionare a celor doi operoni - operonul lactozei si operonul izoleucinei.3. Imaginati o molecula de ARN sintetic folosita ca medicament pentru a bloca sinteza unei proteine nedorite.Ganditi-va la un hibrid molecular ARN-ARN. Cum ar putea compromite medieamentul actiunea ARNm respectiv?4. Selectati raspunsu l corect:a) represorul actioneaza la nivelul operatorului;b) operatorul este reprezentat de genele structurate;c) in sistemul inductibil represorul nativ este inactiv;d) prin represie enzimatica este inactiva ultima enzima a lantului metabolic.

43

fteglejul genetic la eucariote

$d ne reominiim !

La organism ele eucariote, cromozomii an o structura mult mai complexa, in alcatuirea lor intrand ADN, ARN, proteine histonice si nonhistonice, ioni de magneziu si calciu etc.

La eucariote, organizarea diferita a materialului genetic impune meeanisme de reglaj diferite si mult mai complexe decat cele de la procariote.

La nivelul celulelor eucariote exista 2 meeanisme de reglaj al activitatii genice:

- reglaj genetic pe term en scurt determina variatii in c o n c e n tra tia si a c tiv ita te a in tra c e lu la ra a) yenzimelor,proteineloi\ADN,ARN,hormonilor,etc.

- reglaj genetic pe termen lung - implica fenomene de diferentiere din cadrul dezvoltarii ontogenetice de la celula

ou pana la organismul complet dezvoltat.

Reglajul genetic pe termen scurt

Reglajul genetic pc termen scurt se realizeaza, in esenta ,ca si la procariote ,1a nivel transcriptional.Genele eucariote nu sunt organizate in operoni. Fiecare gena are promotorul sau. Astfel,fiecare

gena este transcrisa individual de catre ARNm, care poarta mesajul genetic pentru o singura catena polipeptidica. Reglarea genetica a procesului de sinteza proteiea se realizeaza la cinci nivduri diferite de-a lungul intregii cai (fig.44):

ADNW-

t r a n s c r ip t ie ! ^

p r e c u r s o r

Fig. 44 • Ro<»larea sintezei pro teice la eu cario te

Nivelul transcrierii (transcriptiei) genice : este nivelul cel mai im portant si reprezinta selectarea precisa a unor gene care vorfi transcrise (ADN-ARNm); are loc sinteza de ARNm precursor, care include in structura sa atat secvente informationale (exoni) eat si secvente noninformationale (introni): controlul acestui nivel este pozitiv , rcalizandu-se cu ajutorul unor proteine activatoare , codificate de un numar redus de gene si produse in numar relativ mic.

Nivelul prelucrarilor posttranscriptio- nale: sub actiunea unor enzime se sectioneaza

» s

molecula de ARNm precursor si se separa se cv e n te le in fo rm a tio n a le de cele noninformationaie; sub actiunea altor enzimeJ tsunt legati exonii intre ei; rezultatul este sinteza ARNm matur.

Nivelul tnembranar: presupune selectia moleculelor de ARNm matur care vor trece prin porii membranei nucleare in citoplasma.

Nivelul translatiei: are loc selectarea ARNm ce va fi utilizat ca mesager de catre ribozomi; rezultatul translatiei este sinteza catenelor polipeptidice la nivel ribozomal.

Nivelul prelucrarilor posttranslationale: sunt selectate m olecule de ARNm m atur

44

eucromatina (cromatinaslab condensate)

700 nm

heterocromatina j (cromatina condensata)

cromozom metafazic

Fig. 45 • C ro m atin a eucario te lo r

700 nm

migrate in citoplasma ce vor fi degradate; dupa sinteza ! 30 nm

catenelor polipeptidice au loc prelucrari ale acestora supuse si ele unui control celular spre a asigura implinirea functiilor lor specifice de proteine structurale sau functional (enzime, hormoni).

Mecanismele moleculare intime ale reglajului genetic la nivelul trascriptional prezinta inca multe necunoscute .Ele sunt influentate de:

- proteinele histonice si nonhistonice;- heterocromatinizarea cromozomiala;- metilarea si acetilarea bazelor azotate sau a

proteinelor histonice;- actiunea unor hormoni;

% '

- prezenta elementelor genetice transpozabile etc.Un rol important in regiarea activitatii genetice

a eucariotelor il au proteinele histonice si nonhistoniceIn nucleul celulei eucariote, ADN este permanent complexat cu histonele formand fibra

nucleohistonica sau fibra de cromatina. Deci, histonele joaca un rol structural de stabilizare a structurii fibrei de cromatina. Histonele indeplinesc si un rol reglator. Ele functioneaza ca niste represori generali ai tuturor genelor eucariotelor. Prin aeeasta. cucariotele se deosebesc de procariote, la care fiecare operon are un represor specific (gena reglatoare). Intrarea in functie a genelor eucariote este asigurata de proteinele nonhistonice. Astfel, 0 proteina nonhistonica este capabila sa recunoasca 0 anumita secventa de nucleotide din molecula de ADN, care de obicei este represata de histone. Dupa recunoasterea secventei genei, proteina nonhistonica legata de aeeasta sufera procesul de fosforilare. Proteina nonhistonica devine astfel mult mai incarcata negativ decat sectorul de ADN respectiv, Ca urmare proteina histonica devine mult mai atrasa de proteina nonhistonica decat dc ADN. Se formeaza un complex histona nonhistona, care se desprinde de ADN. In acest fel ADN eliberat dc histone poate fi transcris. Dupa transcrierea ADN, nonhistonele se defosforileaza si se desprind din complexul cu histone. Histonele se asociaza din non eu ADN si gena se represeaza din nou,

Un mecanism de reglare a activitatii genetice la eucariote este heterocromatinizarea cromozomiala

Cromatina eucariotelor se poate prezenta in doua s ta ri f iz ice a lte rn a tiv e si re v e rs ib ile ( f ig .45): eucromatina - cromatina decondcnsata a nuclcului interfazic si heterocromatina - cromatina condensata.

%

proprie migrarii cromozomilor din celula mama in celulele fiice. In starea condensata crom atina este nefunctionala, stare in carc nu au loc nici replicarea nici transcriptia genelor. Un mecanism de reglare a activitatii genetice la eucariote este heterocromatinizarea unuia din cei doi cromozomi X de la femele care d e te rm in a a p a r itia c ro m a tin e i s e x u a le sau a corpusculului Barr in nucleii interfazici ai celulelor (fig.46). in acest fel, atat la barbat cat si la femcie, functioneaza numai genele de pe un singur cromozom.

Metilarea si acetilarea intervin in reglarea activitatii genelor la eucariotePrin metilarea citozinei intr-o secventa genica, acea secventa genica nu mai poate fi transcrisa

cat este metilata. Metilarea citozinei este asociata cu inactivarca genelor. Acetilarea unei histone

mascul normal

xy

Fig 46 9 C ro m atin a ?c\ua!£

45

realizeaza inearearea negativa a acestei proteine astfel ca se elibereaza legatura ei cu ADN. Ca urmare poate avea loc transcrierea ADN. Putem spune ca acetilarea este un mecanism de activare a genelor.

Reglajul genetic prin hormoni la nivelul transcriptieiHormonii, ca semnale din afara celulei actioneaza asupra unor receptori moleculari de la nivelul

membranei celulare; este generat un mesaj chimic cu efecte, fie asupra unor sisteme enzimatice, fie asupra unor gene, Exista celule tinta specifice in care patrund hormonii si la nivelul ADN din nucleul acestora conditioneaza functionarea anumitorgene, declansand adevarate cascade de reactii metabolice, prin activarea in serie a transcriptiei diferitelor gene, atat la plante (hormonii infloririi, hormonii de crestere) cat si la animale.

De exemplu, prolactina aetiveaza la nivelul glandelor mamare, genele care codifica sinteze proteinelor specifice din lapte.

Reglarea activitatii genelor la eucariote se poate realiza si prin transpozoniTranspozonii au o proprietate unica aceea de a exista pentru o anumita perioada intr-un

anumit situs, mobilizandu-se si ocupand un alt situs in acelasi cromozom sau in alti cromozomi.Transpozonii pot fi transcrisi in ARN. Acesta serveste ca matrita pentru sinteza de ADN. Produsii

ADN de reverstranscriptie se numesc retrotranspozoni. Cand acestia sunt integrati in cadrul unei secvente genice ei pot suprima activitatea genei sau pot produce mutatii genice.

Regla]ul genetic pe termen lung

Citodiferentierea este un mecanism complex de reglare pe termen lung a activitatii genice la eucariote, dar si de specializare structurala si functionals, a celulelor eucariote in cazul organismelor pluricelulare.

Orice organism pluricelular isi incepe dezvoltarea ontogenetica (individuals) de la stadiul de celula - ou sau zigot, Zigotul intra in diviziuni mitotice succesive (asa numitele diviziuni de clivaj) prin activitatea unor gene numite protooncogene. Celulele rezultate dau nastere la embrion. in stadiul embrionar de 2 ,4 , 8 , 16 celule, cmbrionul (blastula) prezinta o integralitite redusa. Celulele numite blastomere pot fi separate si pot evolua de sine statator, totipotenta, generand fiecare un embrion. Incepand cu stadiul de 32 sau 64 celule embrionul manifesta o mai mare integralitate a celulelor sale. Blastomerele izolate din astfel de embrioni nu mai pot evolua ca embrioni independents in cursul dezvoltarii embrionare, celulele rezultate prin diviziuni de clivaj, sufera un proces de determinare primara, adica o specializare grosiera a celulelor in ectoderm, endoderm si mezoderm, dupa care are loc o diferentiere fina - citodiferentierea propriu zisa prin:

-abolirea totala a diviziunii celulare (in cazul neuronilor);-ritm normal de diviziune cclulara (la tesutul hematopoietic);-instalarea unui ritm rcdus de dezvoltare (muschi, ficat);-moartea celulara programata genetic (apoptoza), (fig. 47) etc.Reglajul genetic a! diferentierii celulare se realizeaza la diferite niveluri si implica pe de o

parte variatia cantitatii de ADN in ontogenie si filogenie si pe de alta parte reglarea transcriptiei si translatiei.

Reglarea transcriptiei si translatiei se realizeaza, in citodiferentiere, prin activarea sau represia genelor, intr-o anumita ordine cronologica,conform programului genetic din nucleu si sunt efecte ale interactiunilor nucleu-citoplasma sau ale interactiunilorcu mediul.

Aceste diferentieri sunt conditionate de modul in care diferitele componente moleculare (ARN, proteine) din citoplasma zigotului sunt distribuite in blastomere. S-a demonstrat, de asemenea, existenta in nucleul celulelor eucariote a unor gene homeoticc. Produsii acestor gene, in mod normal, asigura ca fiecare celula sa-si interpreteze cored pozitia ocupata in embrion si sa se diferentieze normal.Daca genele homeotice sufera mutatii .celulele se diferentiaza normal, dar in locuri neobisnuite. nenaturale

46

dand nastere la mutante cu organc normal conformate ,dar incorcct localizate (picioare in locul antenelor la Drosophila m. etc).Cu toate ca prin diviziunea zigotului fiecare celula primeste o garni tura completa de cromozomi, deci aceleasi gene, datorita specializarii lor, difcritele celule produc diferite tipuri de mesageri si de proteine. Fiecare celula nu traduce decat fragmente, cu toate ca ea cuprinde intregul program. Celula nu executa decat anumite instructiuni, in procesul dezvoltarii ontogenetice intre celulele vecine circula mesaje chimice.Un asemenea mesaj face ca o anum ita celula aflata intr-o anumita pozitie fata de celelalte sa-si aetiveze programul genetic potrivit si sa se specializeze ?n directia potrivita.in fiecare linie de celule, anumite segmente ale mesajului sunt activate sau inhibate tocmai prinjocul circuitelor de reglaj.

riftetineti!* La eucariote, se distinge o reglare pe termen scurt si o reglare pe termen lung.* Reglarea pe termen scurt este reprezentata:a) de m odificari in activitatea sau in concentratia intraeelulara de enzime, de hormoni;b) de fluctuatii in intensitatea sintezei ADN, ARN si proteinelor.* Reglarea pe termen lung implica fenomene legate de diferentierea cclulara in cadrul dezvoltarii ontogenetice aorganismului.

/IPLICkTII

1. Descrieti principalele etape ale reglajului genetic la nivelul transcriptiei si translatiei informatiei genetice la organismele eucariote.2. Prezentati particularitati structurale si functionale ale cromatinei inactive.3. Descrieti mecanismele si factorii care favorizeaza? * transcriptia genica.4. Asociati notiunile din cele doua coloane:

Fig. 47 * Apoptoza Etape; a) limfocit normal; b) scaderca raportului nucleo-citoplasmatic §i inceputul comiensarii cromatiniene; c) aparitia de convolulii pe suprafata celulei si formarea de mase cromati- niene granulare mari: d) eolapsul cm matinian pe fata interna a membranci nucleate; e) transfonnarea nuclcului Tntr-o ..gaurd neagra f) fragments- rea nucleilor; g) forniarea eorpilor apoptoliei.

1. Contine histone putem ic acetilate2, Este activa A. Eucromatina3. Se realizeaza transcriptia4. Este putemic condensata B. Heterocromatina5. Se coloreaza mai palid

47

€V]/4 U d R €

1. Ce s-ar intampla cu diametrui moleculei de ADN daca, in cadrul structurii secundare, ar avea loc imperecheri de tipul purina - purina si pirimidina-pirimidina?

2. Care perechi de baze azotate confera mai putina stabilitate macromoleculei de ADN? Explicati de ce?

3. Realizati grafic (intr-o reprezentare liniara) structura bicatenara a unui dublu helix ADN pornind de la urmatoarea secventa de nucleotide de pe una din catenele sale: 3*- ACGTTTAGGCTCAAGGTA - 5 \

4. Redati prin desene succesive urmatoarele situatii:a. desfacerea puntilor de hidrogen dintre primele 7 perechi de nucleotide ale moleculei de

ADN rezultate, pornind de la capatul 3’ spre capatul 5 ’;b. succesiunea de nucleotide din catenele celor doua molecule de ADN rezultate in urma

procesului de replicare a ADN-ului initial;c. succesiunea de nucleotide din ARNm ce rezulta prin transcriptie pornind de la catena initiala

a ADN-ului;d. succesiunea de aminoacizi din catena polipeptidica sintetizata pe baza informatiei din ARN .

5. Ce diferenta exista intre A R N m precursor si ARNm matur?

6. Precizati in ce stare se afla represorul in sistemul de reglaj inductibil? Dar in sistemul de reglaj represibil? Explicati modalitatile de activare sau inactivare a acestora.

7. O mutatie determina modificarea secventei de nucleotide a unui codon. Consecinta acestui fenomen poate fl:

a. inversarea ordinii de transcriere;b. imposibilitatea copierii codonului respectiv;c. schimbarea compozitiei macromoleculei proteice;d. modificarea codului genetic.

8. Alcatuiti fragmentul de ADN ce determina sinteza unei catene polipeptidice cu urmatoarea succesiune de aminoacizi:

Metionina —prolina - leucina - triptofan - serina - treonina.

9. Explicati de ce ADNni nu poate fi purtator de informatie genetica ci doar purtator de mesa j genetic?

10. In macromolecula de ADN:a. bazele azotate se leaga de riboza;

b. nucleotidele succesive sunt legate prin punti de H 2;

c. intre citozina si guanina sunt trei punti diesterice;d. o baza purinica se eupleaza cu una pirimidinica.

11. O molecula de ADN are 1500 nucleotide. Daca 500 nucleotide contin timina, cate nucleotide contin guanina in molecula respeetiva?

a. 1 0 0 0 nucleotide;b* 500 nucleotide;

48

c. 250 nucleotide;d. 1500 nucleotide.

12. Selectati varianta corecta privind codul genetic:a. pentru fiecare aminoacid exista trei codoni sinonimi;b. exista trei aminoacizi corespunzatori pentru fiecare codon;c. exista trei tipuri de ARN pentru fiecare aminoacid;d. exista trei baze azotate in fiecare codon.

13. Alegeti raspunsul corect la urmatoarele afirmatii:a. operatorul face parte din genele structurale;b. represorul actioneaza la nivelul operatorului;c. operatorul contine informatia necesara sintezei represorului;d. la nivelul operatorului actioneaza enzima ARN-polimeraza.

14. Referitor la replicatia ADN sunt adevarate urmatoarele:a. se realizeaza pe tot parcursul ciclului celular;b. rezulta doua molecule bicatenare de ADN;c. fiecare dintre moleculele rezultate contine o catena veche si una noua;> »d. se realizeaza sub actiunea enzimei ARN - polimeraza.

1 5 .0 molecula de ADN bicatenar contine 2000 nucleotide. 30% din acestea contin timina in catena 3 ’—► 5 ’ iar 10% in catena complementara. Stiind ca 20% din nucleotidele catenei 5’ —* 3’ contin guanina, stabiliti:

A. numarul total de nucleotide ce contin citozina;B. distributia bazelor azotate in nucleotidele catenei 5 ’ —► 3 ’C. numarul de nucleotide ce contin guanina din catena 3 1 —► 5’

16. Sinteza unei proteine este determinate de un segment de ADN bicatenar alcatuit din 1200 nucleotide. Stabiliti:j

A. numarul codonilor din ARN-ul mesager ce a copiat informatia;B. numarul aminoacizilor din macromolecula proteica;C. numarul nucleotidelor cu guanina, stiind ca 30% din totalul lor contin timina.

17. Consideram, ipotetic, ca o gena la eucariote este formata din 6 exoni, fiecare avand cate 15 perechi de nucleotide. Intronii genei prezinta fiecare cate 30 perechi de nucleotide. Determinate•>

A. numarul total de perechi de nucleotide al genei;B. numarul de codoni al ARNm precursor si matur;C. numarul aminoacizilor din molecula proteica sintetizata pe baza informatiei din gena.

1 8 .0 fibra de cromatina dintr-o celula eucariota este formata din 800 molecule de proteine histonice si o molecula de ADN ce contine 37 900 nucleotide. Determinate

A. numarul total de nucleosomi din fibra de cromatina;B. numarul total de nucleotide din inelele de ADN nucleosomic;C. numarul total de perechi dc nucleotide din ADN internucleosomic.

49

1.2 . GENETICA QHflNfl

i1 G E N O M U L U M A N

f

M m C o m p l « m « i i t u l c r o m e z o s n i o l u m a n

Originea si evolutia genomului uman

Complementul cromozomal uman este un produs al unui proces transmutational care a avut loc la diferite stadii ale dezvoltarii mamiferelor.

Specia um ana a evo luat paralel cu m aim utele antropoide, prin meeanisme genetice de duplicate, inversie. translocate etc.

Interesanta este teoria privind originea si evolutia speciei umane, avand la baza remanieri cromozomale de tipul translocatiei robertsoniene (fuziune centrica).

Avand in vedere ca m aim utele actuale ( fam ilia Pongide) au 48 de cromozomi iar specia umana are 46 cromozomi deductia logica care se impune este urmatoarea: din stramosul comun al maimutelor antropomorfe al omului a derivat specia umana in urma unei translocatii reprezentata de fuziunea a doi cromozomi, aparuta acum circa 10-15 milioane de ani. Aeeasta remaniere cromozomala a seneratwun ritm extrem de rapid al evolutiei care a facut ca in circa 1 - 2 milioane de generatii sa se contureze specia umana cu atributele sale actuale.

Cromozomii umani

Sfi ne ream intim !

M etafaza este stadiul cel mai propicc al studiului crom ozo­milor. deoarece acum acestia ating gradul maxim de condensate si de spiral izare, prezentand morfo- logia cea mai constanta. Astfel, un cromozom metafazic tipic prezinta doua cromatide libere pe toata lungimea lor. acestea fiind unite numai ia nivelul centromerului. Cele doua cromatide metafazice ale cromozomului stmt idenlice intre ele atat morfologic cat si genetic, molecular si functional. C en tro m eru l d e lim iteaza pe fiecare crom atida doua brate cromozomiale.

Cromozomii reprezinta componcntclc nucleare in care sunt localizate moleculele de ADN, purtatoare de gene. Fiecare cromozom este purtatorul unci molecule de ADN.

In anul 1956 doi cercetatori J.H. Tjio si A Levan au deseoperit ca in celulele somatice umane exista 46 cromozomi (2n - 46) din care 44 sunt cromozomi autozomi si doi sunt cromozomi heterozomi (sexuali) notati cu XX la femeie si XY la barbat.

***Ce tip de determinism cromozomal al sexului se intdlneste la specia umanei?Cei 46 cromozomi prezenti in toate celulele somatice diploide, constituie complementul

croniozomial al genomului uman. Acesta este alcatuit din doua seturi haploide, de cate 23 de cromozomi, unul de origins materna si adus dc gametul femel la nivelul zigptului, iar celalalt de origine paterna si adus de catre gametul mascul. Asadar in cadrul fiecarei perechi de cromozomi. unul dintre acesti omologi este de origine materna si unul de origine paterna.

Deoarece cromozomii umani sunt foarte variabili in ceea ce priveste dimensiunile si forma, s-a simtit nevoia unui sistem de clasificare. Un astfel sistem de clasificare este sistemul Denver dupa numele localitatii din statul Colorado SUA in care a lucrat grupul de geneticieni care 1-au propus. La baza acestui sistem de clasificare a cromozomilor umani au stat urmatoarele criterii:

50

a. dimensi-unile cromozomilor (foarte mari* mijlo-cii, mici, foarte mici)b. forma cromozomilor (metacentrici, submetacentrici);c. prezenta satelitilor.Dispunerea cromozomilor unei celule diploide, ordonati pe perechi si grupe in functie de

dimensiuni, forma, plasarca centromerul ui, etc reprezinta cariotipul speciei respective (fig.48).Cariotipul uman normal grupeaza cele 23 perechi de cromozomi in 7 grupe notate cu litere

m ari:A,B 5C,D,E,F,G-Grupa A - cuprinde cromozomii din perechile 1-3; sunt cromozomii cei mai mari si au

centromerul aproape median (sunt metacentrici);Grupa B - cuprinde cromozomii din perechile 4-5; sunt cromozomi mari cu centromerul

submedian (submetacentrici);Grupa C - cuprinde cromozomii din perechile 6 -12; sunt cromozomi mijlocii ca lungime cu

centromerul submedian (submetacentrici);Grupa D - cuprinde cromozomii din perechile 13 - 15; au dimensiuni medii cu centromerul

dispus excentric (acrocentrici) si prezinta sateliti;Grupa E - cuprinde cromozomii din perechile 16-18; sunt relativ scurti si au centromerul fie

median (16) fie submedian (17 si 18);Grupa F - cuprinde cromozomii din perechile 19-20; sunt scurti si aproape metacentrici;Grupa G - cuprinde cromozomii din perechile 21 -22; sunt foarte scurti si acrocentrici.Cromozomii sexului X si Y sunt foarte diferiti ca marime. Cromozomul X face parte din grupul

celor mijlocii ca dimensiuni si este submetacentric. Mai precis are dimensiunea si morfologia autozomilor din grupa C.

Cromozomul Y este foarte scurt, este acrocentric si seamana cu cromozomul 22 prezentand dimensiunile si morfologia autozomilor din grupa G.

Pentru identificarea cromozomilor umani s-au folosit metode clasice de colorare, mctode de marcare radioactiva diferentiata, sau tehnicile de bandare. Tchnica de bandare a fost aplicata in 1970 de T. Casperton si colaboratorii cu cele mai bune rezultate. Aeeasta consta in tratarea cromozomilor

51

B

X11

EA -

16 17 G

n18

W21

H if22

deletie re g iu n e a 2p banda 4

cromozomul 2 normal

Fis*. 50 • R es truc tu re re crom ozom iala

J ig 49 • C rom ozom ii um ani evidontiati p rin tehnica bandarii

m etafazici cu un florocrom (quinqcrina) si observarea in lumina fluorescenta. In acest fel la nivelul fiecarui cromozom poate fi identificata o succesiune specifica de benzi intense si mai putin intense (fig.49). Acestea au fost numite benzile Q. Ulterior prin folosirea altor tehnici de bandare

- colorare cu solutie Giemsa, s-au identificat benzile G cu aceeasi localizare cu a benzilor Q, apoi benzile R (de reversie) cu dispozitie inversa fata de benzile Q si G, benzile C (centromerice) localizate in regiunile din jurul centromerului sau benzile T (telomerice). Bandarea cromozomilor se bazcaza pe afmitatea diferitelor regiuni cromozomiale pentru un anumit colorant. Pe cromozomi altemeaza benzile intunecate cu cele luminoase. Numarul de benzi este identic in cei doi cromozomi omologi. Benzile au dispozitie specifica fiecarei perechi dc cromozomi si in cariotipul uman nu se schimba, fiind la fel in orice fel de celula sau tesut.

Benzile au mare importanta deoarece pe de o parte,permit identificarea cromozomilor omologi, iar pe de alia parte recunoasterea restructurarilor cromozomiale (fig.50) si a maladiilor ereditare.

H artile genetice*Harta cromozomiala consta in reprezentarea grafica (in forma liniara) a unui grup linkage sau

cromozom in care pozitia genelor sau a markerilor genetici este indicata in functie de distantele relative dintre ele. In cazul in care distanta dintre doi loci oarecare este data prin frecventa crossing-overului intergenetic, se obtine o harta genetica. In cazul in care genele sunt localizate pe baza observatiilor microscopice si a analizei recombinarilor genetice se obtine o harta citologica Hartile complete, se numesc hard citogenetice.

Alcatuirea hartilor cromozomiale pe baza fenomenelor de linkage, de crossing-over, de aranjare lineara a genelor in cromozomi a fost propusa de C.B. Bridges (unul din colaboratorii lui Morgan) in anul 1920. In harta se inscriu alelele mutante (recesive, dominante). Fiecare locus este indicat de simbolul abreviat al alelci mutante, precum si de o cifra, care este obtinuta prin Insumarea valorilor crossing-over-lor pentru toate intervalele cunoscute situate in stanga fata de pozitia data (fig.51 ).In general hartile genetice se alcatuiesc mai usor la organismele cu un numar mic de grupe de linkage. Hartile au importanta esentiala in cunoa^terea organizarii materialului genetic si in intelegerea mecanismelor genetice.

52

C arac te ris tic i G enom nuclea r G enom n iitocondria lDim ensiunca 3000 Mb 16,6 kb

NumSr de m oleculc diferite dc ADN

23, la femeie (XX)24, in celulele b&rbatufui (XY), toate liniare

o molecule circulara de ADN

NumSr' total de m olecule de ADN per celula

23 in celulele haploide46 in celu lele diploide

cateva mii

Proteine asociate cateva clase de histone si num eroase clase de nonhistone

in cea mai mare parte neasociat cu proteine

N um ar de gene 30 000 40 000 37

Densitate genica 1 /3 0 - 1 /6 0 k b 1/0,45 kb

ADN repetitiv o mare fractie de ADN repetitiv foarte putin ADN repetitiv

Transcriptia cea mai m are parte a genelor sunt transcrise individual

transcriptie continua a mai m ultor gene

Introni prezenti in majoritatea genelor absenti•Procent de ADN codificator 2 - 3 % aproximativ 93 %

Keeom bmarea cel putin o data la fiecare set de crom ozom i omologi in cursul

m eiozei

nu exista

Pattern de ereditate M endelian - pentru genele X lincate si din autozomi, patern pentru genele din cromozomul Y

exelusiv m atem

P arficu laritatile genomului uman- Aproxim ativ 99% din ADN-ul celular

uman nu este transcris in proteine;- Subunitatile proteinelor heterom eriee sunt

conditionate de gene situate In cromozomi diferiti;- Genele implicate in etapele succesive ale

unui proces metabolic sunt situate in cromozomi diferiti;

- in genomul uman exista pseudogene gene cu structura similara cu cea a genelor structurale dai; care in urma unor mutatii au devenit inactive;

-O gena poate fi amplificata, uneori de sute de ori, ca singurul mijloc de aparare al organismului in fata unei agresiuni exterioare;

-U nele gene se exprim a doar in cursul diferentierii embrionare, altele se exprima de-a lungul intregii ontogcncze si se numesc gene de intretinere.

Proiectul genomului uman

Proiectul ”Human Genome“ a dem arat in 1990 din necesitatea de a coordona activitatea unor echipe numeroase si eomplexe de genetieieni in vederea realizarii unui ansamblu de prelucrari extrem de fine si de sistematizare a tuturor informatiilor • j

privind ADN-ul uman.

Normal

Ochl ro$ii

Aripinormale

1=xMutant

Ochi albi

20 ■ ct

AripitSiate

Ochi normali

Ochi ro§ii

Aripi normaie

28 ■Ochi rugo§i

Ochi vjermilion

Ochi normali

Peri^orinormali

Aripi sCurt6

Ochi barafi

Peri§oriat^rnafi

Hg. 5 1 • H a rta genetica a perech ii nr.i (X) de crom ozom i dt; la m clanogastcr

53

Scopul primar al PGU a fost acela de a secventia genomul uman in intregime, pana in anul 2005, fiind bine stabilite directiile de actiune si durata lor: planul initial de 5 ani, finalizat in 1995 a avut ca scop construirea unei harti de linkaj si a unei harti fizice bazata pe analiza bibliotecilor YAC.Planul pentru urmatorii 5 ani este identificarea genelor pentru alcatuirea unei harti de transcriptie.

PGU inglobeaza de fapt doua proiecte:- primul este centrat asupra structurii genomului uman si vizeaza cartografierea genelor in

cromozomi;- al doilea explica functiile tuturor genelor componente in comparatie cu unele organisme

model: Escherichia coli, Drosophila etc.

£2 ftctift&H Si tUtilizarea tehnicilor de colorare a cromozomilor umani

a permis aprofundarea studiului ereditatii umane si a deschis o noua direetie In studiul ereditatii si anume in genetica moleculara.

t ir

Utilizati copii ale figurii alaturate si realizati cariotipul uman urmarind etapele:

decupati imaginea fiecaruia din cei 46 cromozomi; ordonati-i apoi dupa lungime (de la cei mai mari mici) construiti perechi de cate doi cromozomi omologi asezati perechile de cromozomi in grupe A (l-3) B(4-5)

C(6-12) F( 19,20) G (21,22) reprezentand autozom ii si alaturati apoi cei 2 heterozomi la grupele corespunzatoare dimensiunilorsi formei lor.

Anolisti d t coriolip

Prin cariotip se inlelege o aranjare sistematica a cromozomilor unei celule mitotice sau meiotice implicdnd numarul, forma, mdrimea sau orice alta caracteristica care poate f i reprezentativa pentru

complementul cromozomial al unei varietdti celulare, individ sau specie.

, ^ Stadiul de diviziune cel mai adecvat analizei9 A 4P ^ cariotipului este metafaza mitotica, cand cromozomiiprezinta maximumul de condensare si colorabilitate.

Procedeul cel mai larg folosit in studiul cromozomilor metafizici este acela al masuratorilor. Se m a sc a ra de ob ice i lu n g im ea in te g ra ls a cromozomului, lungimea bratelor cromozomiale, pozitia constrictiilor secundare in raport cu acea a centromerului etc.

Pentru elaborarea unui cariotip prima conditie este identificarea morfologica a cromozomilor.

Dupa forma lor cromozomii se clasifica in:

54

- cromozomi metacentrici. cu centromerul situat in punctul median (M) sau in regiunea mediana (m) si cu un raport al bratelor de 1,0 - 1,7;

- cromozomi telocentrici, cu centromer terminal (T);- cromozomi acrocentrici, cu centromerul in regiunea terminala (t);- cromozomi submetacentrici si subtelocentrici cu centromerul situat in regiunea submediana

si respectiv subterminala (raportu! bratelor 1,7 - 3,0 si respectiv 3,0 - 7,0).Alcatuirea unui cariotip, indiferent de materialul din care sunt efectuate preparatele, necesita

mai multe etape:Prima dintre acestea este etapaprelucrarii microscopice, constand in alegerea sistematica a

metafazelor ce urmeaza a fi analizate. Doua criterii sunt esentiale in alegerea metafazelor utilizabile: sa nu existe suprapuneri de cromozomi sau, daca sunt, numarul lor sa fie cat mai mic si sa nu intereseze mai mult de 2 cromozomi; cromozomii sa nu fie imprastiati pe o suprafata mare, caz in care ei ar putea proveni de la doua sau mai multe celule.

Metafazele care corespund analizei citogenetice trebuie localizate pe lame. Aeeasta localizare este utila prin aceea ca la prepararea cariotipului confruntarea dintre copia fotografica si imaginea directa a preparatului este indispensabila.

Localizarea metafazelor se poate face prin diferite procedee, dintre carc cele mai uzuale sum: montarea exacta a celor doua verniere de pe platina microscopului: punctarea cu tus (punctul nu trebuie sa acopere alte metafaze si in nici un caz nu pe cea pe care o indica).

A doua etapa in alcatuirea cario tipului consta in studiul cromozomilor. Exam inarea cromozomilor se face cu marimea maxima pe care o poate oferi microscopul cu care se lucreaza. Ea implicS:

( 1 ) numaratoarea de cromozomi,(2) identificarea morfologica a cromozomilor,(3) identificarea aberatiilor cromozomiale.Numaratoarea de cromozomi este de o mare importanta dcoarece este prima caracteristica

citogeneticii a populatiei celulare examinate. Numaratoarea cromozomilor se poate face direct in placa metafazica, delimitand eventual anumite regiuni, dar mai corecta si de o mai mare preeizie este numararea dupa desen. Desenarea m itozelor se poate face fie prin procedeul clasic care foloseste camera clara, fie prin simpla schitare a cromozomilor pe o coala de hartie.

Urmeaza identificarea cromozomilor apartinand la diferite grupe, de exemplu cromozomii din g ru p e le D sau G ai cariotipului uman.

Etapa prelucrariimicroscopice este urmata de etapa pre lucrarii fotografice a metafazelorc o re sp u n z a to a re . De c a lita te a c o p iilo r fo to g ra f ic e d ep in d e in tre a g a m unca de pre lucrare u lterioara a c a r io tip u r ilo r . P en tru fotograffere se aleg numai metafaze extrem de clare. Dupa aceea, cromozomii sunt decupati si aranjati in

n

u V

A l l n

A 1

K 5 K K K A I *

c I _ ----------— — ........

i A h ft AD 13— — 1$

* * * & r»*— — — 12

t n m <t x *

% *

F 19-« A

— 20

£ W

0, J*

£ 21 <

------- — IB

*> A- 2 2 X %

carotip. Se recomanda ca alcatuirea cariotipului sa se desfasoare pe baza a cel putin doua copii fotografice ale metafazei, desenului si imaginei microscopice insasi a metafazei, luata cu un obicctiv cu imersie.

Aranjarea cromozomilor in cariotip, trebuie sa porneasca de la cunoasterea cariotipului normal al speciei. Primul criteriu de aranjarc a cromozomilor in cariotip este cel al lungimii, cromozomii fiind dispusi in ordine descrescatoare. Al doilea criteriu, este acela al dispunerii pe grupe morfologice. Al treilea criteriu folosit Tn aranjarea cromozomilor in cariotip este acela al imperecherii cromozomilor omologi.

Cariotipul uman normalCariotipul uman este reprezentat prin 7 grupe distincte de cromozomi autozomali, aranjati in

ordine descrescatoare si numerotati de la 1 la 22 si o pereche de cromozomi sexuali, X si Y.Caracteristici cantitative ale cromozomilor mitotici umani (Denver, 1960)

Grupcle dc Cromozomul Limite de variatiecromozomi A R C

A 1 82-90 1,1 48-49d -3 ) 2 77-84 1,5- 1,6 38-40

3 63-72 1,2 45-46B 4 60-64 2 ,6 -2 ,9 25-28

(4-5) 5 57-60 2.4 - 3,2 24-30C X 51-59 1.6 -2,8 32-38

(6-12) 6 54-56 1,6- 1,8 36-387 47-52 1 ,3 -1 ,9 35-438 44-48 1 .5 -2 ,4 29-409 44-47 1 ,8 -2 ,4 32-3610 43-45 1 ,9 -2 ,6 27-3511 43-44 1 ,5 -2 ,8 26-4012 42-43 1.7 - 3.1 24-37

D 13 32-36 4,8 - 9.7 10-17(13-15) 14 32-37 4,3 - 9.5 9-19

15 29-35 3,8-11 .9 8-22E 16 27-33 1 0

0 36-42(16-18) 17 29-30 1 ,8 -3 ,1 23-36

18 24-27 2,4 - 4,2 21-29F 19 22-26 1 ,2 - 1,9 34-35

(19-20) 20 19-25 1 ,2 - 1,3 40-46G 21 13-20 2,3 - 6,8 13-31

(21-22) 22 12-18 2,0 - 6,0 14-33Y 11-22 2 , 9 - 0 0-26

€videnti*ree crematinei sexuolc*r

Matefmle necesare. lame si lamele microscopice, ace spatulate, pense, solutie carmin-acetic

Mod de lucru* La om se recolteaza celulele epiteliale din mucoasa bucala cu ajutorul unui ac spatulat sterilizat sau prin raclarca puternica a peretelui lateral al mucoasei cu o lama microscopica slefuita.»f

Celulele epiteliale, recoltate cu un ac spatulat din mucoasa bucala. se pun pe o lama la microscop. Se pune deasupra o picatura de carmin-acetic 2% si se acopera cu o lamela. Preparatul se incalzeste (evitand fierberea) timp de 5 min la flacara unci lampi de spirt. Se apasa apoi lamela cu dcgetul marc pentru a obtine un strat unicelular intre lama si lamela; cu o hartie se indeparteaza excesul de colorant.

56

La microscop se observa un corpuscul intens colorat, situat in interiorul nuclcului, lipit de membrana nucleara, rotund, oval sau triunghiular. Acest corpuscul este cromatina sexuala. In cazurile nonnale, ea este prezenta numai in nucleele celulare la sexul femel.

Dctftrmiftismiil g*A«li< al caractarelor Fcnotipic* umane

Sa ne reamintim !

F en o tip u l re p re z in ta a n sam b lu l in su s ir ilo rm o rfo lo g ic e , f iz io lo g ic e , biochim ice, eom portam entale, etc. ce rezulta din interactiunea genotipului cu mediul.

Toate trasaturile morfologice, fiziologice, biochimice si eomportamentale caracteristice unei fiinte umane, sunt determinate genetic.

In determinarea trasaturilor umane exista mai multe situatii:

a. Exista cazul in care doua gene alele A si a (una dominanta, cealalta recesiva) aflate in raport de dominanta completa sau semidominanta situate intr-un anumit locus, determina variatii ale aeeluiasi caracter. Exemplu: lobii urechii - liberi sau atasati, tipul morfologic al firului de par - cret, drept, ondulat, Rh-ul, culoarea ochilor, etc.

b. in alte eazuri exista mai mult decat doua gene alele intr-un anumit locus, care determina variatii ale aeeluiasi caracter. Fenomenul se numeste polialelie. Exemplu: ereditatea grupelor sanguine.

c Exista si situatii in carc exprimarea unui caracter fenotipic este rezultatul unei interactiuni a mai multor gene nealele. Acestea sunt caractere ereditare cantitative. Exemplu: talia (inaltimea), greutatea corporala, culoarea pielii, rezistenta la boli, temperarrientul, inteligenta, etc. Distributiile in populatia umana a caracterelor cantitative se face dupa modelul normal, rcdat grafic sub forma clopotului lui Gauss.

Determinismul genetic al unor caractere normale umane

Determinismul genetic a! grupelor sanguine.Grupcle sanguine sunt conditionate de o serie polialela ce cuprinde trei alele L \ si I. Alele

LA si Ln sunt dominance fata de 1. Gena L A determina aparitia grupei sanguine A II (LALA si LA1) cu antigene A pc hematii si anticorpi P in plasma. Gena LB detennina aparitia grupei sanguine B III (LBLB si LB1) cu antigene B pe hematii si anticorpi a in plasma. Gena I recesiva este responsabila de aparitia grupei sanguine 0 1 (II) fara antigene pe hematii si cu anticorpi a si p in plasma. Cand genele dominante LA si LB coexista in structura genetica a aeeluiasi individ (LALH) ele conditioneaza o grupa sanguina distincta AB IV. Cele doua gene sunt codominante. Din interactiunea lor rezulta un fenotip distinct cu antigene A si B pe hematii si fara anticorpi in plasma.

57

Fenotip Genotip Antigene Anticorpi Doneaza la: Primeste de la:0 ( 1 0 ) 1 1 - a ; (3 0 ; A ; B ; AB 0

A ( I I ) La La ; La 1 A P A ; AB 0; AB ( III ) Ll! Lb : Lff 1 B a B ; AB 0; B

AB ( I V ) La Lb A ; B - AB 0 ; A ; B ; AB

Cunoasterea modului in care se mostenesc grupele sanguine are importanta pentru determinarea patemitatii.

Astfel cunoscand grupul sanguin al qopilului si al mamei, se pot cunoaste grupele sanguine posibile ale tatalui prezumtiv.

Cunoasterea grupelor sanguine este importanta si in realizarea transfuziilor (fig. 52 ).

Determinismul genetic al factorului Rh Un alt caracter hematologic intalnit la specia umana

este sistemul Rh constituit din cinci factori principali: C; c; D; E; e. Factorul D se numeste factorul Rh si este prezent la 85 % din populatia umana fiind determinat de o pereche de gene alele: rh si rh (una dominanta, cealalta recesiva). Gena rh+ este responsabila de aparitia indivizilor Rh' (rh4

rh' sau rlTrh) cu antigenul Rh pe hematii.Restul de 15 % din populatia umana nu prezinta factorul Rh, indi vizii fiind Rh cu genotipul rhrh.Cunoasterea modului de transmiteye a factorului Rh prezinta o importanta deosebita pentru realizarea transfuziilor (fig. 53) si pentru depistarea sarcinilor incom patible, care apar atunci cand cei doi parinti au Rh diferit Daca o mama Rh negativ are o sarcina Rh pozitiv (de la un tata Rh pozitiv) atunci ea poate fabrica anticorpi anti Rh care vor ataca hematiile pozitive ale fatului, incepand cu a doua sarcina. Prima sarcina poate

ev o lu a norm al d eo a rece in c o n d itii fiziologice, hematiile Rh pozitiv ale fatului nu pot traversa placenta si deci nu ajung in circulatia materna. La nastere, prin ruperile de vase sanguine care au loc in momentul dezlipirii placentei de uter, o parte din sangele fetal trece la mama si stimuleaza producerea de anticorpi anti-Rh. La o noua sarcina acesti an tico rp i care pot trav ersa c ap ila re le placentare patrund in circulatia fetala si distrug hematiile fatului, putand duce la avort spontan (fig. 54).

Determinismul genetic al sexuluiSexul indivizilor umani este un caracter ereditar determinat de prezenta unor cromozomi speciali

denumiti cromozomi ai sexului sau heterozomi. Acestia sunt de un singur tip- XX, la femei, motiv pentru care sunt numite si homogametice deoarece nu produc decat un singur tip de gameti (ovule), in timp ce, la barbati, sunt de doua tipuri- X Y, motiv pentru care acest sex este considerat heterogametic deoarece produce doua tipuri de spermatozoizi.

Jonator Rh* ww

Jonator R rf

* •

\

„ Hematii Rh+ ^hematH Rh- *> anticorpi ant! Rh4

•- PrlmBor Rh / >

— — ^Tl WTOTHprima transfuzie Formarea antlcorpllor a doua translate

anti Rh

Fig. 53 * Im p o r tan ta cunoastcrii Rh-ului in transfuzii

f t

A *

it* —

AIIJV pvnfera*

!Fig. 52 • C om patib il i ta te transfuzionala

58

H eterozom ii X si Y nu sunt om ologi, nu realizeaza crossing-over iar genele din structura lor- chiar daca sunt recesive, se manifesta in fenotip intr- un singur exemplar- fenomenul de hemizigotie.

Cromozomul X contine gene de importanta majora pentru individ (nu poate lipsi din genotip), iar cromozomul Y joaca un rol esential in determinarea masculinitatii.

s

Determinismul culoriipielii la omCuloarea pielii la indivizii apartinand diferitelor

rase um ane variaza intre alba si neagra, fara a reprezenta un caracter de superioritate sau inferioritate deoarece, in genom ul uman nu sunt diferentieri cantitative sau calitative de materal genetic.

Determinismul culorii pielii este conditionat de prezenta unor perechi de gene nealele,Exista mai multe ipoteze privind numarul perechilor de gene care intervin in pigmentarea pielii - intre 2 si 2 0 gene,dar este cert ca acestea segrega independent si au un efect cumulativ. Conform ipotezei lui C.B.Davenport, cantitatea de pigm ent din piele (m elanina) este determinate de efectul cumulativ al genelor P] si P. astfel;

- la negri: se afla in stare homozigota - P, P t P2

P? - toate alelele dominante;- la mulatri inchisi: - ? ]p]?2P2 sau P ,P ]P:,p2 -3

gene pentru pigmentare;- la mulatri propriu-zisi: - P jP jP ^ sau P,P,p2p2

- la m ulatri deschisi : - P ,p ,p 2p 2 sau pjpjPjpj - o singura grupa pentru pigmentare;

- la albi: - p 1p ,p 2p 2 -toate alelele sunt recesive cu cea mai mica cantitate de melanina;

Este un determinism complex datorat unei serii polialele. Combinarea alelelor si insumarea efectelor lor determina fenotipuri variate concretizate intr-o mare diversitate de nuante de par - de la blond foarte deschis pana la negru inchis.

sau PjPjP2P, - 2 gene pentru pigmentare;

Melanina % Fenotipul0 - l l Alb1 2 -2 5 Mulatru deschis2 6 - 4 0 Mulatru4 1 - 5 5 Mulatru inchis5 6 - 7 8 Negru

Determinismul genetic al culoriiparului

Hemitii cu antigem Rh dtn tange l* calui a! cJouea f i t

Anbcorp* inti Rh matemi in w ngeie fltuM

Fig. 54 • Im p o rtan ta cunuasterii Rh-ului in sarcinile incompatibilc

Hematii ou antigeni Rh din sangele pnmului fftt Tn sangele matem

Anbcorpi wife Rh *riat*nm

Hematii sangele pnmuim fSt

Placenta

59

Cantitatea de pigment din par este determinate! de doua perechi de gene, una pentru pigmental brun (melanina) si alta pentru pigmental rosu. Fiecare dintre aceste perechi de gene apartin unei serii polialele reprezentate de:

- MM; Mbw; Mbk- pentru genele care controleaza sinteza de melanina;- R ; R - pentru genele care controleaza productia de pigment rosu.Determinismul genetic al culorii ochilorCuloarea ochilor prezinta un determinism genetic mai complex decat culoarea parului. In

determinismul sau sunt implicate 3 gene alele care la randul lor se prezinta sub forma unor serii polialele. In ordinea dominantei cele trei gene sunt: Ebr- pentru ochi negri, E8r- pentru ochi verzi, Ebl- pentru ochi albastri. Ca urmare a acestei dominance, ochii de culoare albastra sunt determinati de genotipul homozigot de tipul EblEbl.

Din interactiunea celor 3 gene, la indivizii heterozigoti apar variate nuante intermediare.

Determinismul genetic in memorie, inteligenta, c o m p o r t a m e n t *

Memoria se refera la capacitatea de a stoca si ulterior de a regasi si refolosi informatia invatata. La baza memoriei sta proprietatea de engramare a neuronului, adica pastrarea in structura acestuia a "urmelor44 unei informatii venite din mediu. Angajarea neuronului in engramare este conditional! de ”renuntarea“acestuia la diviziune, proces care ar altera engramele. Aeeasta sugereaza ca mecanismele engramarii au, in principal, localizare nucleara. H.Hyden a sugerat in 1960 ca informatia ce sta la baza engramarii este continuta in acizii nucleici si proteinele neuronale. Astfel, ADN pastreaza memoria extraindividuala, de specie, a fiintelor vii, pe cand ARN este implicat in memoria individuals, reprezentand ”tablita“ pe care ”degetele“ experientei inscriu insemnele lor. °

Dupa celc mai multe ipoteze actuale, la baza memoriei sta relatia ARM,n proteine. Memoria de scurta durata are la baza activitatea electrica a neuronilor implicati in engramare, pe cand in memoria de lunga durata, activitatea electrica a neuronilor induce, de o maniera inca putin cunoscuta, formarea de ARNm care dirijeaja apoi sinteza de proteine implicate in stocarea memoriei de lunga durata. Anumite tipuri de invatare par a implica sinteza anumitor tipuri de ARN de vreme ce intr-un tip de invatare se schimba raportul A / U? pe cand intr-un alt tip de invatare se schimba raportul U / C.

Inteligenta (lat. inter = intre s | lego-legere - legatura) ar putea fi definita drept capacitatea de a desprinde cu rapiditate legaturile cauzale esentiale dintre fenomene, de a adapta comportamentul la circumstantele date.Se cunosc cel putin sase capacitati distincte: capacitatea verbdlii,facilitated verbala, capacitatea spatiata, capacitatea de rat ion ament si memoria pe termen scurt si pe termen lung. Deosebirile care apar intre indivizi umani din aceste puncte de vedere pot reprezenta manifesterea unor factori genetici sau ai mediului ambiant ori a interdependentei lor. Una dintre cele mai acceptate teorii privind determinarea genetica a inteligentei considera ca factorii implicati sunt atit de natura ereditara cat si factori ambientali.Fiecare individ se naste cu un anumit potential intelectual detenninat de zestrea sa genetica care se va exprima insa in functie de conditiile in care creste si este educat.

Coeficientul de inteligenta (C.I. sau IQ )- reprezentand raportul dintre varsta mintala si varsta cronologica inm ultitcu 100 are o natura poligeniea. Dupa Fulker exista circa 22 loci genici implicati in determinismul ereditar al inteligentei.

Exista teste prin care se poate estimacoeficientul de inteligenta (IQ) pe baza unui chestionar cu punctaj (testul Binet). In functie de structura genetica a fiecarei pcrsoane, pentru genele implicate in determinarea unui asemenea caracter complex de personalitate psihica umana, oamenii realizeaza performance inteleetuale diferite:

• Mici - IQ sub 80;

60

• Medii - IQ cuprins intre 9 0 - 100;• Mari - IQ cuprins intre 120- 130;• Deosebita - IQ peste 150 (genii)Fiind o trasatura ereditara cantitativa, ca si talia,

greutatea, memoria, com portamentul,etc.inteligenta ,exprim ata prin IQ prezinta in populatia umana o d istribu te normala de tip gaussian (fig. 55).

C om portam entul re p re z in ta a n sam b lu l m anifestarilor obiective ale oamenilor, prin care se exterioriz.eaza viata psihica. Potriv it dichotom iei galtoniene, daca intelectul reprezinta o jum atate, caracterul comportamental contureaza cealalta jumatate a personalitatii umane. In toate domeniile personalitatii, componenta genetica constituie partea precumpanitoare.Comportamentul este un fenotip ce prezinta o mare variabilitate. Diferitele caractere eomportamentale la animale si om sunt determinate unigenic si poligenic.

Comportamentul instinctiv, avand la baza reflexul neconditionat are un determinism strict genetic, pe cand invatarea are la baza reflexul conditional fiind in esenta un produs al mediului. realizat pe un anumit fond genetic. Astfel, comportamentul organismului ca si restul fenotipului sau reprezinta rezultatul interactiunii genotip-mediu. Diferentele individuate in comportament au la baza variatia factorilor genetici, variatia factorilor de mediu precum si interactiunea lor.

Majoritatea trasaturilor psihologice fac parte din categoria caracterelor metrice cu variabilitate continua, in general nesegregante dupa critcriile mcndeliene.

Retineti !• %Ereditatea fixeaza doar limitele intre care se poate dezvolta un caracter genetic. Toate trasaturile

morfologice, fiziologice, biochimice si eomportamentale caracteristice unei fiinte umane, sunt determinate de interrelatia genotip - mediu.

4PUCM II

* Precizati care sunt genotipurile celor patru grupe sanguine rezultate la copiii unui cuplu in care mama are grupa sanguina B heterozigot (LB1) si tatal are grupa sanguina A heterozigot (LAI).> Notam cu br si b, genele alele care determina culoarea ochilor (b+ - culoarea neagra, b culoarea albastra). Precizati ce culori vor avea ochii copiilor unui cuplu in care mama si tata au structura genetica b+b.• Tipul morfologic al firului de par este dat de doua gene alele (H ! si H) in raport de dominanta incomplcta. Ce tipuri morfologice de par vor avea copiii rezultati din casatoria unui cuplu cu parulcret(FTH ).

61

Stabillrea spectrulifi gen tiic individual

Conditie: experimentatorul, pentru aeeasta experienta trebuie sa-si cunoasca bunicii si eventual strabunicii (poate culege eventual date de la parinti, bunici etc).

Materiale necesare: o coala de hartie, compas, echer, rigla.Se iau in consideratie urmatoarele caractere individuale:j1. Culoarea ochilor: culoarea albastra este recesiva fata de alte culori.

2. Culoarea parului: par blond recesiv fata de cel inchis; par rosu recesiv fata de culorile mai inchise.

3. Directia de orientare a parului; vartej in directia mersului acelor de ceasomic dominant fata de vartej in sens in vers.

4. Par cret dominant fata de cel n e ted> »

5. Prezenta parului pe segmentul mijlopiu al degetelor (altele decat aratatorul) dominanta fata de absenta parului.

• 6 . Daltonismul (confuzia culorilor) recesiv fata de vederea normala.. 7. Chelia prematura sau regulata este mostenita cu un caracter dominant care se manifesta in

jurul varstei de 34 ani. Caracterul nu se manifesta decat extrem de r^r la femei (este un caracter limitat la sex). Elevii pot sa aprecieze situatia lorjudecand pe cea aparintilor, data fiind dominanta caracterului.

8 . Lobul aderent al ureehii este recesiv fata decel liber sau pendul.

9. Posibilitatea de a da degetul mare pe spate dominanta fata de conditia opusa cu ligamentele strans^.

10. Capacitatea de a degusta unele substante precum tioureea sau feniltio-carbomida este dominanta fata de incapacitatea de a degusta aceste substante.

11. Prezenta gropitei in obraz dominanta fata de absenta acesteia.

12. ’’Varful vaduvei“ - parul de pe frunte extins in centrul ei ca un triunghi dominanta fata de linia dreapta a parului pe frunte.

13. Capacitatea de a indoi limba, astfel incat marginiie laterale sa formeze un ”U“ este dominanta fata de incapacitatea de a indoi astfel limba.

Sp?i*trui genetic al unui b<«iat- cu grupa sanguine I) cu par (C)

- carc nu poate iridoi limba lateral ‘di- yu oehii de culoare irichistS ; K)

cu iobsi uicchii liber* (1)

vupuvn.tiya nvjyaw 'Uitt..; 1-. • n !• i r i i>oh dc cu io in c th chis* v h ' iilbv- n t * lobii urcchi: lir»cn lohi .v.dHftt)

Mod de lucru. Se alcatuieste o harta privind caracteristici le individuale ereditare ale fiecarui individ dupa modelul din figura alaturata.

62

G tn tlico rosclor URiont9

Sa ne reominfim !

Spre deosebirc dc alte entitati biologice. emu! este o fiinta biosoeialS. Formarea lui s-a produs in ui*ma titiui m delungat p roccs de evo lu tic b io log ic# dar si de dezvoltare sociala. Parasind lum ea anim ala. om ul a ramas parte a naturii.

Qenetiea raselor umaneCa si la alte fiinte vii, la om insusirilei : 7 j

m o rfo lo g ice , f iz io lo g ic e , b io c h im ic e , eomportamentale sunt determinate de structuri genetice, iar transmiterea lor de la o generatie la alta are loc conform legilor ereditatii.Materialul genetic la om este localizat in cei 46 cromozomi (23 de origine paterna si 23 de origine materna). Cromozomii fiecarei celule umane contin aproximativ 35 000 de gene. De aceea la om posibilitatile variabilitatii combinative a caracterelor sunt cu mult mai mari decat la alte specii. Fiecare om este din punct de vedere genetic un exemplar unic al speciei umane. Chiar in cazul unei familii cu multi copii nu exista doi identici.

Fiecare individ biologic nu este insa o imitate izolata, ci el apartine unei populatii din cadrul speciei Homo sapiens sapiens. Variabil itatea interindividuala nu este atat de mare incat sa nu se permita caracterizari sau clasificari bazate pe ascmanari de conformatie.

Rasele umaneAntropologia clasica admite ca rasa este o grupare biologica caracterizata prin origine comuna,

printr-o anumita distribute geografica si printr-un ansamblu de particularitati fizice: prin fonna capului (exista rase brahicefale, dolicocefale si mezocefale); prin fonna parului (neted sau cret); prin pilozitatea faciala si corporala; prin pigmentatie; prin fonna fetei, nasului si buzelor; prin inSltime, etc.

Incercari de a realiza o clasificare a populatiilor umane in rase umane au existat inca din antichitate.

- Herodot (sec. V i.H.) este considerat nu numai parintele istoriei dar si al antropologiei;-Plinius cel Batrdn a oferit o explicatie naiva, bazata pe diferentele de clima, pentru diferentele

dintre africani si europeni;- George Buffon a enuntat ideea ca toti oamenii apartin aceleiasi specii si dupa ce s-au raspandit

pe tot globul ca urmare a influentei climatului diferit, s-au diferentiat in rase.- Abia dupa cc s-a reusit sa se analizeze structura genetica a populatiilor umane, pc baza markerilor

genetici s-a putut da o explicatie corecta diferentierii in rase a populatiilor speciilor umane. Markerii genetici sunt elemente strict mostenite si care nu fac obiectul schimbarilor rapide induse de mediu. Ei sufera schimbare evolutiva pe tennen lung sub actiunea unor forte ale dinamicii genomice reprezentate de: selectia naturala (incluzand si selectia sexuala), mutatii, migratii, driftul genetic.

- Pentru prima data in istoria cercetarii structurii genetice a populatiilor umane sotii Hirsyfeld (1919) au evidential diferentele in frecventa antigenilor de pe suprafata eritrocitelor expresie moleculara a diferitelor constitutii genetice a grupelor sangvine A, B, 0, la diferite grupe etnice aflate in armatele beligcrante din Primul Razboi Mondial. De atunci asemenea diferente au fost evidentiate in toate cazurile de determinism genetic al altor grupe sanguine, incluzand sistemul sanguin Rh.

-Exista parametri care defmesc:- inrudirea dintre rase - data de identitatea genetica ( IG);- diferenta genetica dintre rase data de distanta genetica (DG), toate rasele umane apartinand

uneia si aceleiasi specii Homo sapiens sapiens._______________________________________________63

Mdsurarea diferenteigeniceglobale dintre doua populatii se realizeaza dupa formula:f F " - V p / p ( l ^ p J l in care;

Vp = varianta dintre frecventele genice ale unui set de n populatii;P = frecventa medie a populatiilor.Stabilirea distantei genetice este datade formula:

j d = x - y ] in care: x = frecventa genei intr-una din populatiile analizate; y = frecventa genei in cea de-a doua populatie analizata.Din punct de vedere genetic rasele pot fi definite ca populatii izolate cu o frecventa caracteristica

a genelor care le deosebeste de alte populatii apartinand aceleiasi specii. Ele se pot deosebi prin frecventa inegala a unor gene ja r nu prin monopolul exclusi v al unor gene. Imensa majoritate a genelor umane are o distribute uniforma. Mai putin de 15% dintre gene au o concentrate particulara;o serie de gene sunt mai frecvente intr-o rasa decat in alta.

Originea raselor umane a suscitat si suscita inca numeroase discutii.Sunt conturate mai pregnant doua teo rii:

-teoria monocentrista - toate rasele s-au diferentiat intr-o singura regiune,situata undeva in Asia. Din aeeasta rasa primordiala s-au conturat doua rase importante:rasa mongolida - in nord estul Asiei si rasa sud-vestica, constituita din doua ramuri ramura europida si ramura euroasiatica sau negroido-australoida;

-teoriapolicentristd - considera ca diferentierea raselor a inceput de mult si a avut un caracter local: din populatiile de pitecantropi europeni s-a consolidat rasa europida, din grupele de sinantropi au derivat mongolizi, iar din populatiile de pitecantropi africani s-au conturat negrizii.

M ajoritatea criteriilor de taxonom ie raseologica sunt variabile de la autor la autor dar, pornindu-se de la caractere morfologice aparente (culoarea pielii si parului, conformatia craniului si a fetei, ctc) se pot distinge trei mari rase (fig. 56):

-alba - leucoderma numita si ”caucaziana“ ;*-galbena - xantoderma, din care fac parte si amerindienii;-neagra - melanoderma.Daca impartirea omenirii in 3-4 rase mari s-a facut pe criterii morfologice, in subimpartiri s-au

folosit si alte criterii: etnic, geografic, lingvistic, etnografic, cultural. Eforturile antropobiologiei s-au indreptat spre folosirea consecventa nu numai a criteriilor biologice (morfologice, fiziologice, biochimice, gcnetice, imunologice). Ea a cautat sa lamureasca totodata si unele relatii dintre rasa, subrasa, etnie, limba, cultura, asezare geografica.

Unii autori admit ca in cadrul fieearei rase mari exista mai multe subrase. in ca/ul rasei albe - leucoderma- de exemplu sunt subrasele( fig. 57a,b,c,d ,e):

-nordica - cu indivizi inalth longilini (cu trasaturi lungi). dolicoccfali (craniu a lu n g it- indice 75 - 81) cu nasul lung si drept, cu parul blond neted moale, cu ochi albastri, piele alba rozata

- dinarica - cu indivizi inalti, longilini, brahicefali (craniul cu diametrele longitudinal si transversal aproape egale - indice 81,0 85,4) cu nasul lung coroiat, parul negru castaniu. cu ochi negri, piele inchisa

64

-alpina - cu indivizi scunzi si robusti, brevilini (cu trasaturi scurte - trup si membre scurte si groase), brahicefali, cu nasul bont, cu parul aspru - inchis, cu pigmentatie m oderate

-mediteranoida - cu indivizi scunzi. avand trasaturi fine, longilini, dolicefali, cu fata ingusta, cu nas drept, cu parul negru - moale - ondulat, cu ochi negri stralucitori, piele oachesa si calda

-esteuropoida - cu indivizi scunzi, brevilini, cu fata lata, umerii obrajilor proeminenti si fanta palpebrala ”mongoloida“ , cu nasul cam, cu parul blond canepiu, cu ochii albastrii cenusii, pielea alba galbuie.

Aceste subrase nu se intalnesc azi ca populatii alcatuite numai dintr-o varianta sau alta, ci ca mixturi de caractere in indivizi concreti. uneori greu dc clasificat.

In specia umana Homo sapiens sapiens, careia ii apartin toate rasele umane nu exista rase pure, deoarece o astfel de rasa ar trebui sa fie formata din indivizi homozigoti pentru toate genele alele.Dupa cum se stie specia umana este extrem de heterozigoti. La om consangvinizarea (cu cfectele ci negative) a fost impiedicata prin legislate, prin religie. Populatiile umane prezinta o mare diversitatc genetica, astfel ea cel mai adesea deosebirile genetice dintre indivizii unei rase depasesc deosebirile genetice dintre rase.

Toate cercetarile modeme de genetica umana n-au reusit sa pun3 in cvidenta existenta unor diferente rasiale in ceea ce priveste frecventa genelor care determina capacitatea intelectuala. Genele pentru inteligenta, fiind relativ num eroase, se distribuie probabilistic

A

in cadrul populatiilor si raselor umane care sunt heterozigote. In once populatie sau rasa nu exista, din punct dc vedere genetic posibilitatea homozigotarii tuturor aeestor gene si deci este exclusa probabilitalca aparitiei unei rase cu frecventa marita de tolerante sau genii. Indivizii dotati exceptional, adica talentele si geniile, se distribuie probabilistic in cadrul tuturor raselor umane, cu frecventa similara.

ConcluzionSnd,se poate spune ca nu exista nici un criteriu de a diferentia rasele umane de a diviza populatiile umane in rase. Daca se utilizcaza un numar suficient de mare de caractere, atunci fiecare individ este o rasa. Un ultim argument in acest sens a fost adus d eA C . W'fao/? pornind de la cereetarea nucleotidelor ADN-ului mitocondrial: doi indivizi apartinind indiferent carei rase elasice,au in eomun 0,64 % dintre secvente in timp ce la celelalte mamifere variatiile individuale sunt mult mai mari.

Fig. 57 § S ubrase um ane

1 ftclineti !a w■ Pentru ca diferentierea rasiala este relativ recenta in om enire (realizandu-se in ultimele cateva zeci de mii de

ani) imensa majoritate a genelor specifice este aceeasi in Tntreaga omenire.o Neom ogenitalea, varietatea omenirii nu presupune superioritati sau inferioritati "absolute1*, ci eventual aptitudini felurite, com plem entare in cadm l civilizatiei planetarc.

r r /4PLICMII* Analizati colegii de clasa si mcercati sa stabiliti la ei caracteristici apartinand diferitelor subrase.

65

Mutagtotzo si Urci(og«ii#xQ vmoni

Sfi ne reaminlim !

Diferiti factori naturali produc, in mod constant, modificari la n ivelu l m ateria lu lu i genetic* Multe din aceste modificari pot fi indepartate prin actiunea unui proces reparator care actioneaza la nivelul ADN. Altele insa se instaleaza la nivelul materialului genetic, determinand aparitia dc mutatii,

Clasificarea mutatiilorMu tafia poate fi definita ca fenomenul prin care se

produc modificari in structura si functiile materialului genetic, sub actiunea factorilor mutageni. Procesul prin care sc produc mutatiile, poarta numele de mutagenezH

Aceste sehimbari se mostenesc de la o generatie la alta. Ele nu se datoreaza efectelor recombinarii genetice sau segregarii factorilor ereditari.

Mutatiile se clasifica dupa mai multe criterii:Dupa cantitatea de material genetic afectat:

genomice, cromozomale, genice;Dupa modul de manifestare\ dominante, recesive,

codominante, letale - in stare homozigota determina aparitia de indivizi incapabili de supravietuire, semiletale determina

in stare homozigota aparitia unor indivizi care supravietuiesc partial;Dupa localizare mutatiile sunt: autozomale plasate pe autozomi, heterozomale plasate pe

heterozom i;Din punct de vedere a I efectului: daunatoare, neutre9folositoare\Dupa modul de aparitie: naturale spontane, artificiale provocate de om;Dupa tipul de celule in care apar. gametice - care sunt ereditare si pot fi observate la descendenti

in diferite generatii. somatice - ce pot fi izolate si reproduse ca linii sau clone mutante la organismele care se inmultesc vegetativ.

Diferitele tipuri de mutatii pot determina in cursul dezvoltarii intrauterine aparitia unor malformatii cu diferite grade de severitate, fenomen cunoscut sub numele de teratogcneza.

Tipuri de m utatii umaneMutatiile materialului genetic uman pot fi: genomice, cromozomale, genice producand maladii

mai mult sau mai putin severe.

r—---- rr

k -

!;ig. 58 %Nou nascut lripk>id viu cu m ultiple m alfo rm a tii

Maladii determinate de mutatii genomice Mutatiile genomice afecteaza genomul sau

com plem entul cromozomial prin modificarea numarului de cromozomi si pot ft reprezentate de; poliploidii si aneuploidii.

In poliploidie are loc o m ultiplicare a numarului de seturi dc cromozomi. In cazul speciei umane, poliploidia este letala. Au fost descrise cazuri de feti um ani trip lo izi (2n = 3x =69 cromozomi) nascuti vii si care nu au supravietuit mult timp (fig. 58).

66

i ii i

Fecundatie

~ Y JVGameti

neechilibratigenetic

Aneuploidia este determ inata de m odificarea numarului de cromozomi (cu unul sau doi) in plus sau in m inus. Poate afecta fie autozom ii - perechile 1-22 (aneuploidii autozomale), fie heterozomii -XX sau XY (<aneuploidii heterozomale).

Aneuploidia rezulta dintr-o eroare: in tirnpul formarii gametilor prin diviziune meiotica, nu se produce disjunctia uneia sau mai multor perechi de cromozomi omologi. Daca o pereche de cromozomi omologi nu se mai separa si migreaza spre acelasi p o l rezulta gameti dezechilibrati genetic (n+1) sau (n-1). Dupa fecundatie pot rezulta indivizi cu trei cromozomi omologi- trisomie sau cu un singur cromozom dintr-o pereche -m onosom ie (fig. 59).

C ele m ai cunoscu te m alad ii d e te rm in a te de aneuploidii autozomale sunt:

Sindromul Patau- determ inat de trisom ia 13 ; persoanele afectate nu depasesc varsta de 3-4 luni, prezentand numeroase malformatii ale scheletului, inimii, sistemului nervos central etc.

Sindromul Edwards- determinat de trisomia 18 ; indivizii afectati prezinta malformatii cardiace, ale eapului, fetei, sunt inapoiati mintal,cu grave deficiente neuro-senzoriale.

Sindromul Down- determinat de trisomia 21 (fig. 60).Are o incidenta de 1 -2%o dar poate creste odata cu cresterea varstei mamei la 10%o (intre 40 -

45 ani) si la 2 1 % 0 in cazul mamelor peste 45 de ani. Cauza este scaderea eficientei meiozei ce duce la non-disjunctie frecventa o data cu cresterea varstei ovocitului.

Cei afectati sunt de talie mica, craniul mic, rotund, cu profilul fetei plat. Gatul este scurt si gros, mainile scurte si late (fig. 61). Dezvoltarea intelectuala este deficitara. Durata medic de viata este redusa datorita sensibilitatii pe care o prezinta la infectii.

Trisom ie

Fig. 59 • M ecanismul aparitie i aneuploidiiior

\ /

i i I m •i

\ r

0»*•• «- *

• +• - f * »

« »4

tm »

m«B

*

* • i * «

* •a e

V« '4

i_ * ; :

l-f*1 1

♦

* *

I i » •

7

* i

a

1 - *

« •

•

• « •14 f t

6 3

Kl

¥ *< t 9 % i S

*T

f • It * M

«

f )*

« *

v>

♦

i t1

u30

v - •* * * u «

3 1

X

t ftJ J

11^.61 • C'opi! a lectat dc sim iromui Down ii\ >0 • Trisomia 21- cario tip

67

Aneuploidiile heterozomale sunt mult mai frecvente decat cele autozomale. Ele se datoreaza non-disjunctiei cromozomilor sexuali fie in ovogeneza femeii, fie in spermatogeneza barbatului unui cuplu, sau la ambii. Determina urmatoarele maladii :

Sindromul Turner (2n - 45 = 44 XO)Este caracteristic femeilor. Acestea sunt de statura mica cu gatul patrat, cu par intins pe ceafa.

Organele genitale sunt slab dezvoltate. Prezinta anomalii cardiace, renale si sterilitate.Lipseste cromatina sexuala.Trisomia "X" (2n =47=44XXX)Apare la femei. Se asociaza o oarecare tcndinta de virilitate - pilozitate pe fata si corp. Prezinta

sterilitate si debilitate mintala.Sindromul Klinefelter (2n - 4 7 - 4 4 XXY)Este intalnit la barbati. Sindromul se caracterizeaza prin talie inalta, musculatura slab dczvoltata,

bazin larg, dezvoltare anormala a mameloanelor, atrofiere testiculara, oarecare grad de retardare mintala. Este prezenta cromatina sexuala.

Nu au fost sem nalate eazuri cu cariotip de genul -2rv^45-44YO- deoarece absenta cromozomului X este letala - cromozomul X fiind cscntial pentru supravietuire.

Maladii determinate de mutatii cromozomaleMutatiile cromozomale = cromozomiale sunt restructured ale cromozomilor determinate de

ruperea unor fragmente de cromozomi sub actiunea factorilor de mediu. Fragmentui desprins accidental contine un anumit numar de gene (fig. 62) s i :

<g M O N O P L O ID IE LU5D ZLU

wANEUPLOIDIE P O L IP L O ID IE

CD

£V)z<

1

cIN V ER SIEd

3I—ODa:inLU

%-Jt i l

!S(Dz:= LA NIVELUL UNUI CROMOZOM

DELETlEcd

2 CRO M O ZO M I ACf?OCENTf?ICl

TRANSLOCAT1E RECIPROCA DE DOUASEGMENTE NEOMOLOAGE

UL MAI MULTOR CROMOZOMI

Fig. 62 # T ip u ri de n iu tu tii «

-se poate reatasa cromozomului respectiv in pozitie inversa- inversie;-se poate atasa cromozomului omolog care astfel va dobandi gene in dublu exemplar - duplicatie\ -se poate atasa unui cromozom neom olog -translocatie sau se poate pierde - deletie.

68

Sindromul "Cri du chat “ - ' ’tipatul pisicii“ a carei denumire deriva de la tipatul caracteristic pe care il prezinta nou nascutii cu plans anormal, se datoreaza deletiei partiale a bratului scurt al cromozomului din perechea a V-a.

Copiii bolnavi prezinta microcefalie cu grava intarziere mintala (fig. 63)

Maladii determinate de mutatii genice Mutatiile genice pot afecta genele in totalitate sau numai

anumite perechi de nucleotide.Genele pot suferi modificari ale succesiunii nucleotidelor

determinand efecte diferite precum:- aparitia unor anomalii morfologice:- afecteaza sinteza unor proteine tulburdnd functiile unde

acestea sunt implicate;-provoaca koli metabolice ereditare, etc,Mutatiile genice pot fi autozomale si heterozomale.1. Maladiile genice autozomale se manifest^ cu frecventa

egala la cele doua sexe si sunt determinate de mutatii dominante sauo . »recesive ale unor gene situate in cromozomii autozomi.

Cele dominante sunt reprezentate de:- Sindactilia - unirea degetelor de la maini si/sau de la picioare;- Polidactilia - degete suplimentare la maini si / sau la picioare

(fig. 64)- Prognatismul - marirea anormala a buzei inferioare insotita

de aplatizarea transversala a craniului. (fig. 65)Cele recesive sunt reprezentate de:- Albinismul- absenta pigmentului melanic din piele par si

iris;- Anemia falciformd - eritrocitele au forma de secera(fig. 6 6

Este determinata de inlocuirea acidului glutamic cu valina in pozitia a sa se a a ca ten e i d in m o lecu la de h e m o g lo b in a .A s tfe l modificata,hemogIobina are o capacitate redusa de fixare a 0 , s i de aceea heterozigoti i nu rezista bine la efort.

2. Maladiile genice heterozomale se transmit eu frecventa diferita la cele doua sexe si sunt determinate de mutatii ale unor gene din heterozomi.

Hemofilia estea? 0 m a' adie sex-linkata,

f ’ * recesiva determinata dep rezen ta unei gene

*" / mutante pe cromozomul X. Cei afectati au hemoragiiv / 4 puternice, la cele mai mici traumatisme.

J Gena fiind recesiva, o femcic - XhX-in staref ■: v hetcrozigotii este normals fenotipic insa un barbat - XhY-

este hemofilic. Aeeasta situatie se numeste hemizigotie.v ....- ■- Deoarece barbatul are un singur locus pentru gena ”h‘\

! ; w * Anemia fakitoraia ® j acesta se poate exprima fenotipic intr-un singur exemplar.

69

Sanatoasa B o l n a v h e m o f i l i c ^cr

X X xh Y

Fi X IX

Q sanftoase O sa n ito s i Q S in lto a s e C/sar»ato?i + P u rt ito a re + PurtAtnareP u rta to are

San£toasaPurtatoare Sart toS

cf

Fl25%

y SSnatoase PyrtStoare

[ 1 3 X Y

cf 25% B olnavi

hem pfllic i

) 25% San&toase

25% O S in A to s i

Boala se manifesta la barbati dar se transmite pe liniematerna. Un barbat hemofilic va avea cu o femeienormala numai copii normali deoarece cromozomulcu gena Xh este mostenit numai de fete in timp cebaietii mostenesc de la mama cromozomul normal. i %Fiicele sunt sanatoase dar purtatoare ale genei Xh (fig. 67).

Daltonismul este o m aladie sex linkata, recesiva in care sunt afectati barbatii hemizigoti - XdY si femeile homozigote - XuXd. Se transmite in acelasi mod ca si hemofilia deoarece este determinat de o gena plasata pe cromozomul X. Se manifesta prin cecitate cromatica sau orbirea culorilor (incapacitatea de a sesiza si de a discrimina in special culorile rosu si verde).

Miopatia Duchcnne, cunoscuta si sub numele de distrofie musculara este Cauzata de o mutatie a unei gene situate in cromozomul X si se manifesta prin anomalii ale mersului la copiii mici pentru ca ja 2 0 ani, tinerii sa nu mai poata merge deloc ca urmare a atrofierii ireversibile a musculaturii.

3, Maladii metabolice ereditare Maladiile metabolice ereditare sunt consecinte

ale mutatiilor genelor si determina tulburari grave ale metabolismului celular. Atunci cand genele afectate de mutatii se gasesc in autozomi, maladiile provocate

de acestea se numesc autozomale si prezinta o frecventa egala la ambele sexe. Cele mai frecvente maladii metabolice ereditare su n t:

-hemoglobinopatiile determinate de mutatii ale genelor raspunzatoare de sinteza hemoglobinei. Exemple; anemia falciforma si talasemia major;

-maladii ce afecteaza metabolismid bazelor azotate purinice si pirimidinice - sunt determinate de mutatii ale enzimelor ce intervin in primele faze ale sintezei purinelor ducand la aparitia gutei ce se manifesta prin cresterea cantitatii dc acid uric din sange si acumularea in articulatii a cristalelor de urat de sodiu;

- maladii ce afecteaza metabolismidglucidelor determinate de mutatii ce produc blocaje ale proceselor de sinteza a glicogenului si ale proceselor de degradare a glucidelor pentru elibcrare de energie. Exemple: diabetul zaharat, fructozuria esentiala. etc;

- enzimopatiile- sunt determinate de mutatii ale genelor implicate in sinteza unor enzime.In fig. 6 8 este prezentat un lant metabolic in care pornind de la aminoacidul fenilalanina

ingerat odata cu alimentele sau provenind din proteinele tisulare intervin mai multe enzime care asigura transformarea sa.

Aceste reactii pot fi afectate de cinci mutatii diferite care provoaca cinci maladii metabolice ereditare diferite. Pe fiecare sageata este indicat numele bolii.

a) Fenilcetonurie acumularea de acid fenilpiruvic toxic pentru sistemul nervos.b) Albinism (fig.69) nu sintetizeaza melanina, Albinoticii nu beneficiaza de protectia antiradiatii

pe care o ofera melanina. Ochii albinoticilor sunt rosii, datorita faptului ca la ei in absenta pigmentului din iris, vasele de sange ale retinei se pot vedea prin transparenta. Albinoticii au dificultati de vedere si in general rezistenta mica la boli sau diversi factori din mediu.

I Fig. 6 M e m o f i i i a t

70

Proteine alimentare i

Maladii metabolice ereditare umane apar prin blocarea metabolismuiui fenilalaninei Tn diverse etape

Fig, 69 • Copii ftlbinotic

Fig. 68 • Kant m etabolic

c) in cretinismul sporadic (fig.70) este afectata formarea hormonilor tiroidicni urmarea fiind aparitia tulburarilorde crestere, dezvoltare somatica si psihica.

d) In (irozinoza bolnavul prezinta slabiciune musculara.Factorii mutageniSunt factorii care indue m odificari in structura si functiile

materialului genetic./. Factorii mutagenifizici sunt reprezentati de radiatiile:- neionizante ultraviolete;- ionizante Rontgen, gamma, alfa, beta, neutroni.Produc rupturi ale catenelor macromoleculelor de ADN sau

ale cromozomilor. Apar astfel legaturi intre timina - timina sau citozina citozina (”dimeri“). Determina ruperea legaturilor de hidrogen,

moleculele dc ADN se contorsioneaza si se impiedica replicatia si transcriptia.

2. Factoriimutagenichimicisunt foarte diversi: acid azotos, agenti alchilanti, unele antibiotice, majoritatea pesticidclor.

- Acidul azotos (HNO?) actioneaza asupra bazelor azotate si le transforma in substante analoage acestora:

adenina -------- HNO, ------------ ------► hipoxantina.Hipoxantina nu mai fonneaza legaturi de hidrogen cu timina,

ci cu citozina si ca urmare apar greseli de replicare.- Agentii alkilanti prin metilare sau etilare produc analogi ai

bazelor azotate care blocheaza transcriptia.3. Factorii mutageni biologiciDintre agentii mutageni biologici se remarca virusurile si

elementele genetice mobile numite gene ”saritoare“ sau transpozoni.

ic- ■*' ■ a „-• . '

X *

| Fig. 70 * Copii cu cretin ism jsp o rad ic

71

- Virusurile pol produce restructurari cromozomiale dar si modificari la nivelul genelor.-Acum cateva decenii s-a deseoperit ca in structura materialului genetic exista fragmente ADN

care, contrar celor stabilite de Morgan, se pot deplasa de la un locus la altul. Ele au fost numite transpozoni. Uneori, transpozonii nu parasesc pur si simplu vechea pozitie ci, replicandu-se, lasa acolo o copie a lor. Alteori ei produc o copie ARN care, la randul ei, prin transcriptie inversa produce din nou molecula ADN ce se va atasa in noua pozitie. Acest comportament este foarte asemanator cu al unor virusuri ARN. Transpozomii se pot insera oriunde, efectul lor asupra genelor fiind de mai multe ori mutagen, determinand restructurari ale secventelor nucleotidice.

Mobilitatea transpozonilor creste in conditii de stres provocat de mediu.4. Exista un fond natural de radiatii care provin din spatiul cosmic sau din rocile radioactive.Activitatile nucleare au sporit insa riscurile eontaminarii radioaetive_Sunt binecunoscute efectele

produse de exploziile de la Hirosima, Nagasaki, de exploziile experimentale pentru testarea armelor nucleare si de accidentele nucleare de tipul celui de la Cemobal. Milioane de oameni au fost afectate de contaminarea radioactiva a mediului. Dupa zeci de ani de la evenimentele mentionate mai persista substante radioactive.

Izotopul strontiu 90 e s te r’confundat“ de organisme cu calciul (face parte din aceeasi grupa) si se acumuleaza in oase. El supune unei iradieri permanente maduva hematogena si de aceea leucemia este una din cele mai frecvente consecinte ale eontaminarii radioactive a mediului. Iodul 131 este acumulat de glanda tiroida crescand riscul de aparitie a cancerului tiroidian.

5. Este foarte bine cunoscut efectul binefacator al razelor solare prin efectul de bronzare a pielii si prin continutul de radiatii ultraviolete care stimuleaza sinteza vitaminei D (antirahitica) la nivelul pielii. Putini stiu ca razele ultraviolete au potential cancerigen si ca expunerea prelungita la soare poate induce cancerul pielii. Stratul de ozon care absoarbe cea mai mare parte a razelor ultraviolete, in ultima vreme este foarte afectat mai ales de unele substante acumulate in atmosfera (freonul) incat exista perspectiva unei adevarate catastrofe ecologice pe care ar provoca-o disparitia stratului de ozon.

6 . Industria chimica produce zeci de mii de substante si lista acestora creste zi de zi. Ele au diferite utilizari: ingrasam inte chim ice, pesticide, aditivi alimentari, coloranti, mase plastice, medicamente etc. In procesele de prelucrare se fonneaza multi produsi intennediari si deseuri care ajung in apa, aer, sol, pouandu-le. Multe din aceste substante sunt straine, neavand enzimele necesare, nu le poate neutraliza. Toti acesti factori amintiti au efect mutagen, cancerigen sau teratogen (indue malformatii). Se stie ca programul genetic din celula ou cuprinde instructiuni, potrivit carora, viitorul organism se construieste pas cu pas prin foarte precise diferentieri celulare. O cat de mica perturbatie aparenta la nivelul acestui program complex, poate duee la greseli in realizarea lui. Este perturbata dezvoltarea embrionara si se nasc copii cu malformatii.

_ netineli !Materialul genetic are in structura si functtile sale elem ente stabilizatoare care se opun m utatiilor conservand

inform atia ereditara./. Procesul reparator.Daca factorii mutageni au produs o m utatie la nivelul unei catene de ADN, intervine un ansamblu de

enzime reparatoare care:- decupeaza portiunea defecta;- determ ina resinteza portiunii norm ale pe baza com plem entaritatii cu catena opusa.2. Moartea celular a programata genetic - apoptoza.Celulele cu structuri alterate pot fi recunoscute de limfocite si se declanseaza procesul de autodistrugerc

al acestora - cromatina se condenseaza anorm al, apar rupturi la nivelul ADN, citoplasma pierde apa, ioni, incati se reduce volumul. m em brana se pliaza, celula se fragmenteaza si resturile sunt fagocitate.

72

ftnosnolii cromozomiol* o ieciotc ceneftrului umoii

Carcinogeneza reprezinta procesul prin care este indus cancerul.Cancerul este o tulburare a diviziunii celulare care se declanseaza atunci cand celula normals

creste si se dezvolta necontrolat si invaziv. Celulele canceroase reprezinta mutante ale celulelor normale care au suferit modificari ireversibile. Rezultatul acestor modificari in activitatea celulelor este formarea unei tumori, care isi mareste dimensiuni le treptat iar celule canceroase din tumora pot fi diseminate prin circulatia sanguina in diferite regiuni ale corpului.

Neoplasm ut Aberatia Regiunea cromozomiala afectataLeucemii JLcronica granulocitara Translocatie 9q34 si 2 2 q ll

L. cronieS limfocitara Trisomie 12Limfoame Limfomul Burkitt Translocatie 8q24 si 14q32

Limfomul folicular Translocatie 14q32 si 18q21• Benigne

Meningiom D ele te sau monosomie 22qAdenoame ale glandelor T ranslocatie 3p25 si 8ql2salivare

Tumori so tide • MaligncSarcom Ewing Translocatie 1 lq24 si 22q 12Tumora testiculara Izocromozom 12pCarcinom pulmonar Deictic 3p 13-23Liposarcom mixoid Translocatie 12q 13 si I6pl 1Neuroblastom D elete 1 p 3 1 pana la 3p36lletinoblastom Deictic 13tj 14

ig. 71 • C ario tip um an in leucem ia m ieluida

Procesul de carcinogeneza se desfasoara in mai multe etape unitierea aparitia de mutatii in celulele som atice; dezvoltarea si progresia proli ferarea celulelor mutante

In procesul de carcinogeneza un rol decisiv il prezinta agendi carei.no.geni reprezentali de

73

c

segment din genomul gazda

Im w m m

TTHTi ) udJJLU

genom viral

() ) gag ) pol ) env ) )

I

incl

a'

includerea unei gene din celula gazdS in

genomul viral

i> > gag ■pof env

Fig. 72 • V irusu l sarcom ului Rous

a) diferite substante chimice:- pesticidele bogate in arsenic indue cancerul

pulm onar;- unele uleiuri minerale indue cancerul de

piele;- benzenul poate induce leucemia;- fumul de tigara induce cancer in organele

aparatului respirator, digestiv, excretorb) radiatiile neionizante si ionizante indue

cancer de piele.c) unele virusuri pot constitui patogeni al

cancerului.Cele mai m ulte cauze ale procesului de

carcinogeneza sunt reprezentate de leziuni in molecula de ADN, dc mutatiile numerice sau structurale ale crom ozom ilor dar si de deficiente in repararea leziunilor din molecula de ADN sau de fragilitatea cromozomilor.

S-a evidentiat faptul ca unele tumori contin celule cu numeroase anomalii de structura a crom ozom ilor: translocatii reciproce, deletii, duplicatii,etc. sau sunt asociate cu rearanjamente S-S-a evidentiat faptul ca unele tumori contin celule cu numeroase anomalii de structura a crom ozom ilor: translocatii reciproce, deletii, duplicatii,etc. sau sunt asociate cu rearanjamente cromozomiale, care in unele cazuri se transmit ereditar.

Astfel, cancerul sanguin (leucemia cronica mieloida) este asociat la om cu deletia bratului lung al cromozomului 22 si translocatia sa reciproca cu un segment din cromozomul 9 (fig.71).

Cancerul de sail prezinta niuneroase linii celulare determinate de interschimburi intre cromozomul I uman si oricare dintre ceilalti cromozomi ai complementului.

In cazul limfomului Burkitt, transformarea maligna este insotita de o translocatie intre cromozomul 8 si cromozomul 14. Celulele transformate malign sunt in acest caz limfocitele producatoare de imunoglobuline.

Pentru descrierca modului in care mutatiile determina aparitia cancerului a fost utilizata tehnica tramfe.ctiei care presupune desfasurarea urmatoarelor etape:

a. izolarea ADN nuclear din celulele tumorale umane;b. fragmentarea ADN extras cu ajutorul enzimelor;c. testarea capacitatii fiecarui fragment de a induce cancer in celulele umane. S-a demonstrat ca

este necesara numai o gena specifica pentru transformarea unei celule care se divide normal intr-o celula canceroasa. O astfel de gena se numeste oncogena.

Oncogenele sunt versiuni modificate ale unor gene normale denumiteprotooncogene, bcnigne, prezente in celulele normale care codifica proteine necesare structurii si functiilor normale ale celulei. Acestea sunt un grup de gene care joaca un rol principal in controlul proliferarii si diferentierii celulare. Prin activarea protooncogenelor sub actiunea agentilor carcinogeni, celulele normale sufera modificari irevcrsibile si devin mutante. In aeeasta situatie ele se dezvolta rapid, anarhic, dand nastere unei populatii de celule cu caracteristici similare. Tumorile au deci origine clonala.

Prin compararea oncogenelor cu genele omoloage normale au fost formulate urmatoarele concluzii:

- la originea aparitiei cancerului stau schimbarile din activitatea celulelor care au loc la nivelul suprafetei interne a membranei celulare si sunt implicate in declansarea diviziunii celulare;

74

capsidaARN

anvelopa externa

ARN viral

ADN viral

src+ raverstranscriptazS

CITOPLASMA CELULEI GAZDA

MEMBRANAPLASMATIC

ADN CELULAARN viral

ARN mesager

Genom Proteina pt, pentru particula viraB ( Pr° ' f ni* particula , , j -------------- cod,ficataviralS de src

Noi particule virale ale virusuluisarcomului Rous

Fit* 73 • T ransm iterea VSR

- este suflcienta o mutatie a ADN care codifica proteinele implicate in diviziunea celulara pentru a se genera transformarea maligna a celulei;

- mutatia unei gene in oncogena, petrecuta in celule diferite, poate determina forme diferite de cancer; astfel, este foarte posibil ca un numar mic de gene sa fie responsabile de numeroase forme de cancer.

Frecventa mare a initierii cancerului la varste de peste 40 de ani este probabil cauzata de acumularea de mutatii atat la nivelul membranei celulare cat si la nivelul nuclcului.

Alte forme de cancer au origine virala fiind determinate indeosebi de retrovirusuri: virusul sarcomului Rous (VSR), virusul H1V1 si HIV2. etc,

VSR detemiina sarcomul Rous- cancer al tesutului conjunctiv al puilor de gaina. Pentru replicarea ARN viral acesta este copiat mai intai intr-o molecula de ADN sub actiunea enzimei rcverstranscriptaza, ARN-ul virusului sarcomului Rous contine numai cateva gene (fig 72) care codifica proteinele capsidei virale (env si gag) si enzima rcverstranscriptaza (pol) care catalizeaza sinteza unui ADN-copie a ARN viral. La acestea se adauga gena src pentru sarcom care este inglobata din genomul gazdei in timpul unor infectii anterioare.

Gena src este inactiva in celulele puilor de gaina, dar devine activa daca este incorporate in genomul VSR cand acesta infecteaza o noua gazda (fig.73). Incorporate in virus, gena nu raspunde la enzimele de control care o inactiveaza si, in consecinta, se exprima.

f f j fteiineii !Potcntialul mutagen al mediului inconjurator a cunoscut o crestere considerabila din cauza

acumularii de factori mutageni produsi de industria modema.

■ /i p l i c ^ t i i1. Precizati cum are loc clivarea (diviziunea) normala a centromerului la trecerea de la metafaza la anafaza. La un cromozom metafazic carc prezinta urmatoarea succesiune de gene:

a) Redati prin desen clivarea longitudinala a centromerului in cursul diviziunii, cu formarea cromozomilor fii (genetic identici).

b) Ce se intampla daca agentul mutagen induce diviziunea transversala a centromerului?

c) Dupa separarea celor doua brate crom ozom iale, redesenati-le ca si cand ar fi un crom ozom normal cu orientarea telomer - centromer - telomer.

1A- -A TOLOM ERB - -BC - -cD - -D

C EN TR Q M ER

TELOM ER

75

• La intrebarile de mai jos, sunt corecte unul sau mai multe raspunsuri.1. Evidential aneploidiile autozomale:

A. Sindromul Down - Trisomia 21B. Sindromul TurnerC. Sindromul E dw ards-T risom ia 18D. Sindromul Patau - Trisomia 13E. Sindromul Klinefelter

2. ”Cri du Chat44. tipatul pisicii“ :A. Este determinata de deletia partiala a bratului scurt al cromozomului 5B. Este o aberatie structurala C. Este o maladie metabolica ereditara.D. Este un sindrom autozomalE.Indivizii afectati prezinta microcefalie cu grava intarziere mintala

3. AlbinismulA. Este o maladie metabolica ereditara B. Se transmite recesivC. Se transmite dominantD. Este provocata de mutatia genei care controleaza sinteza enzimei ce intervine in

procesul de transformare a fenilalaninei in tirozina.E. Consta in blocarea producerii de melanina.

4. Intr-o familie in care parintii sunt sanatosi apare un copii cu albinism. Care sunt genotipurilc parintilor?

A. cc x cc B. CC X CC C. CC X CCD. CC X CC E. Cc x C c

5. Daca tatal este sanatos si mama vede bine, dar poarta o gena daltoniana:A. Baietii care se nasc in acest cuplu sunt sanatosi 100%B. Baietii sunt sanatosi doar 50%fC. Fetele vad bine doar 50%D. Toti copii sunt sanatosiE. Toti copii sunt daltonisti

5 IMUNOGENETICA

Antigen*. Alargcni. d^Hcerpi

5d ne reaminfim !

Semnalele pe care le primim din mediu! inconjuraior sub forma de sunete, lumina caldura si mirosuri sunt traduse prin intermediul receptori lor senzoriali intr-un limbaj comun al sistemuiui nervos - impulsul nervos

Imunitatea este capacitatea unui organism de a asigura apdrarea integritatii genetice si a individualitdtii sale fata de anumitifactori nocivi de natura diferita.

Fiecare organism este inzestrat cu capacitatea de a face deosebirea intre ceea ce ii apartine -

76

se lf- si ceea ce nu ii apartine, ii este strain -nonself Elementeleselfyot fi reprezentate de constituienti proprii, modificati prin mutatii genetice sau cu alterari de alta natura, pe cand factorii nonself sunt reprezentati de material strain ce apare in celule prin intermediul unor agenti infectiosi, substante chimice alogene,etc

Receptionarea si traducerea semnalelor sunt fenomene de suprafata, dependente de existenta elementelor de recunoastere asociate membranei celulare, numite receptori. Pe celule au fost identificate tipuri multiple de receptori, astfel ca pe una si aceeasi celula coexista de obicei receptori variati si distincti pentru inregistrarea semnalelor chimice.M ijloaeele de aparare la nivel celular au la baza meeanisme genetice.

Antigen - anticorp

Patrunderea in organism a unor proteine straine, dar si prezenta in organism a unor proteine proprii denaturate sau a unor substante chimice care nu au prin ele insele proprictati antigenice, dar care se combina cu proteinele gazdei dand nasterc unui complex nou, strain pentru organism, va duce la formarea de anticorpi.

-Antigenul este substanta de natura proteica care are capacitatea de a provoea in organism formarea de anticorpi cu care reactioneaza specific.

-Anticorpii sunt substante proteice de tip globulinic, sintetizate in organism ca raspuns la un stimul antigenic si care reactioneaza specific cu antigenul omolog.

Sistem ul im u n ita r este constituit din doua componente principale; imunitatea celulara si imunitatea umorala. Aceste componente se dezvolta de-a lungul unor cai de difcrentiere separate, insa in interrelate, in care sunt implicate mai multe tipuri de celule si tesuturi.

Limfocitul este celula centrala in imunologie. Studii privitoare la diversi markeri de pe membrana limfocitelor si la activitatile lor functionate au permis identificarea a doua populatii principale de limfocite, denumite limfocite ”T“ si limfocite ”B " De$i ele reprezinta populatii separate, au fost demonstrate mai multe zone de cooperare intre ele.

Limfocitele T (celulele T) sunt denumite astfel pentru ca sunt derivate din timus sau influentate de timus in cursul dezvoltarii lor. Celulele ’TV sunt raspunzatoare de diverse functii ale imunitatii celulare, incluzand: reactivitatea cutanata intarziata, apararea impotriva anumitor microorganisme, fungi, agenti patogeni bacterieni intracelulari, virusuri, respingerea imunologica la alogrcfe etc. Limfocitele ”T“ prezinta markeri de suprafata care functioneaza ca receptori. Receptorii sunt de natura imunoglobulinica si au proprietatea de a recunoaste antigenul si de a se lega de el. Lim focitele’T 4 nu produc anticorpi circulanti si nu dau nastere la celule secretoare de anticorpi. Exista mai multe tipuri de limfocite ”T“ , cele mai importante fiind:

a) limfocite ”T “ reglatoare: - de tip helper (ajutatoare);- de tip supresor (inhibitoare);

b limfocitele ”TU efectoare - de tip Killer (citotoxice)Limfocitele 'T “ reglatoare pot amplifica (sub forma de celule helper) sau pot suprima (sub

fonna de celule supresoare) raspunsurile altor limfocite T sau B. Mai precis, celulele ajutatoare helper stimuleaza limfocitele la iupta, iar cele supresoare protejeaza organismul de efectele proprii ale apararii exagerate.

Limfocitele ”T “ efectoare sun t capabile sa ucida celu lele ce poarta an tigenele de histocompatibilitate (in transplante) sau cele tumorale, deci sunt raspunzatoare de respingerea grefclor de tesut strain si tumori.

y j

Limfocitele ”B “ (celulele B) sunt denumite astfel pentru ca se dezvolta in bursa lui Fabricius la pasari si in maduva osoasa la unele specii, printre care si la om. Celulele B si celulele plasmatice

77

care provin din ele sunt raspunzatoare de functiile de imunitate umorala. Aeeasta inseamna producerea de proteine plasmatice circulante, numite anticorpi.

Molecula de anticorp este formata din 4 lanturi polipeptidice identice intre ele doua cate doua. Doua sunt lanturi lungi numite lanturi ”H“ prescurtarea cuvantului englezesc heavy (greu) si doua scurte, numite

dc la cuvantul englezesc light (usor) (fig. 74). Un lant greu interactioneaza specific cu unul usor, formando jum atate simetrica a moleculei de imunoglobulina. Molecula este formata dintr-o regiune constants, comuna diferitilor anticorpi (C) si din doua portiuni specifice, variabile (V). Acestea din urma reprezinta siturile de combinare cu antigenii.

Cele doua lanturi ' usoare“ au fost denumite9 *

kappa si lambda. Nu ele constitute criteriul de clasificare ale imunoglobulinelor ci lanturilc ”greleu cele cinci tipuri: alpha, gamma, miu, delta, epsilon.

In functie de lanturile grele, imunoglobulinele (Ig) au fost notate A, G (fig. 75), M, D, E.si reprezinta 2 0 % din proteinele plasmatice.

Limfocitele B alcatuiesc un nou tip de celule. Ele poseda ca markeri de suprafata un tip special de microglobulina IgM, complet exteriorizata, ce functioneaza ca situs pentru recunoasterea antigenului. Cand se intalnesc cu antigenele proprii, dupa o recunoastere reciproca, adera sau se leaga la ele. Celulele B puse astfel in miscare se transforma imediat:

IgA 15% - aparatorul m ucoaselorLgG 75% - singura clasa de imunoglobuline care poate strabate placenta la om:

- sunt raspunzatoare dc protectia non nascutilor in primele luni de viata;IgM 10% * constituie avangarda organismului in toate contactele cu antigen! noi, de aceea a

fost numit "anticorp tim puriu“;Ig D 0,2% - imprcuna cu IgM reprezinta imunoglobulinele predominante pe .suprafata

limfocitelor B um ane, probabil intervin in diferentierea acestor celule;IgE 0,04% - rol major in ceca ce priveste hipersensibilitatca specifica;

- se leaga cu mare afinitate dc celulele tisulare (mastocite) dar si dc alergeni;

a) O parte devin celule plasmatice, care pot fi considerate fabrici de anticorpi. Ele produc infiecare secunda cca 2 mii de m olecule. Ahticorpul in forma de ”Y‘\ prin cele doua terminatii lipicioase, se poate lega de doua antigene, stimuland si lipirca antigenelor intre ele si astfel devenind o tinta mai usoara pentru le u c o c ite le fag o c ita re - n e u tro f ile le si macrofagele.

b) Unele lim focite B, stim ulate de lim focitele T, se transform a in celule cu memorie. Acestea opresc efectivul limfocitelor program ate sa sesizeze antigenii. Cu alia ocazie, daca apare acelasi antigen, organismul

i Fig. 75 • S tru c tu ra moleculei Uc ® ; este pregatit si se apara impotriva lui mult maiimunogtobulirtidgG) I repede si cu mai multa eficienta.

-s-s-\ p v \ •6 -S -

-H1 a*

1

78

Aeeasta este baza imunitatii.Introducand in corp doze mici de microbi sau fragmente de microbi slabiti, sistemul imunitar

reactioneaza imediat, intoemai ca si cum patrunderea acestora ar fi reala. Astfel devenim imuni sau rezistenti fara sa fi primit boala respectiva. Substanta injeetata este un vaccin, iar procesul prin care devenim rezistenti fata de diferite boli infectioase este imunitatea.

Sinteza proteinelor - anticorpi este un proces cu determinism genetic identic cu al oricarui proces de sinteza a proteinelor. Intoemai ca si pentru celelalte celule secretorii de proteine, in genomul celulelor producatoare de anticorpi exista o parte de ADN care functioneaza obligatoriu pentru realizarea planului de structura a celulei respective si o parte pentru sinteza anticorpilor.

Antigenele sunt informationale, adica cu o configuratie spatiala specifica, constanta, astfel incat indue fiecare in parte, formarea unuia si aeeluiasi tip de anticorpi, cu care vor putea combina intotdeauna specific.

Fiecare organism este capabil sa sintetizeze anticorpi numai impotriva acelor molecule ’’potential antigenice“ a caror configuratie structurala difera semnificativ de cea a propriilor sale componente (numite self) si pe care le poate recunoaste ca straine (non self), deoarece le poate metaboliza.

Denumirea de alergen este un termen alternativ folosit de alergologi pentru orice antigen care stimuleaza producerea de IgE. Anticorpii Ig£ ofera un exemplu elocvent a naturii bifunctionale a moleculelor de anticorpi. IgE se leaga cu foarte mare afinitate de celulele unui tesut, dar si de alergeni, In acel moment IgE declanseaza eliberarea din histocite a unor mediatori raspunzatori de reactiile cutanate veziculopapuloase caracteristice provocate prin cxpunerca pielii subiectilor alergici la alergeni.

Alergia este o reactie anormala a organismului la una sau mai multe substante inofensive. in general, pentru marea majoritate a oamenilor. Substantele care provoaca reactii alergice poarta denumirea de alergeni. Alergia este in esenta o afectiunc fizica, dar factorii psiho-emotionali (stresul, frica, furia etc.) pot determina sau agrava simptomatologia.

Cele mai comune surse pentru alergii sunt: polenul copacilor, ierburilor si gramineelor, praful de casa, mucegaiurile, animalele, anumite alimente si medicamente, precum si intepaturile de insecte. Dupa calea dc patrundere in organism, alergenii pot fi clasificati in: pneumoalergeni (polen, prafde casa, mucegaiuri, peri si epiderme de animale), alergeni alimentari (albusul de ou, laptele de vaca, capsuni, fragi, etc), alergeni de insecte (veninuri de insecte), alergeni medicamentosi si alergeni chimici (profcsionali sau nu). Seutul de aparare al organismului impotriva infectiilor si bolilor este format din anticorpi sau imunoglobuline.

Unele persoane produc in exces un anumit anticorp numit imunoglobulina E (IgE). Anticorpii IgE In cantitati abundente, suprareactioneaza atunci cand intra in contact cu un alergen, stimuland eliminarea in organism a unor compusi chimici care la randul lor accelereaza simptomele alergiei mediate de IgE. Alergenii pot provoca si alte reactii alergice in care anticorpii IgE nu sunt implicati direct.

Reactiile alergice determina simptome variate, ale diferitelor organe si sisteme, localizate mai frecvent la nivelul:

-nasului rinita alergica sau ’’febra fanului", cu simptome precum mancarime si eongestie nazala, stranut si secretii nazale apoase;

-pM m anilor-astm bronsic, cu simptome precum senzatii de sufocare si wheezing (’’suierat^);-ochilor conjunctivita, cu mancarimi, roseata si lacrimare;-pielii prin: eczerne (dermatite atipice), eruptic insotita de mancarimi la nivelul bratelor,

picioarelor si gatului; dermatite de contact, leziuni caracteristice insotite dc mancarimi care pot aparea in unna eontactului direct cu substante provenite din produse eosmetjee, bijuterii, imbracaminte, precum si prin contactul cu diversi alergeni profesionali: urticarie, care provoaca mancarime pe piele, buze, in aura sau nas;

79

Alergiile afecteaza aproximativ 20% din populatie, iar o parte din ele sunt transmise ereditar.Primele simptome ale alergiei pot aparea la orice varsta, dar cei care sunt predispusi la alergii,

vor dezvolta simptome inca din copilarie.Im ptlcatii ale imunogeneticii in transplantul de organe*Pentru ca o grefa (transplant) sa nu sufere o reaetie de respingere, trebuie sa existe identitate

sau similitudine in configuratia antigenelor de histocompatibilitate, situatie intalnita indeosebi la gemenii univitelini.

La baza declansarii RRG (rcactia de respingere a grefei) stau urmatoarele cauze:-specializarea fina a limfocitelor T in detectarea oricaror ”alterari“ ale antigenelor de

histocompatibilitate;-polimorfismul extrem al antigenelor de histocompatibilitate, de la individ la individ, chiar in

cadrul aeeluiasi allotip.Mecanismele deproducere a RRG sunt de doua tipuri:-meeanisme imun-celulare- in care limfocitele T ale primitorului recunosc antigenele donatorului

transformandu-se in celule T efectorii care determina procese citotoxice.-meeanisme imun-umorale- limfocitele B recunosc antigenele donatorului se transforma in

plasmoeite si secreta anticorpi anti-grefa.RRG se realizeaza sub doua forme:a. reactia "gazda contra grefa “ care este de trei tipuri: imediata, acuta si cronica;b. reactia ”'grefa contra gazda“ determinata de faptul ca grefa poarta ea insasi celule limfocitare,

cu capacitate rcactiva fata de antigenele HLA ale primitorului.Prevenirea RRG se poate realiza prin:-imunosupresie nespecifica- prin utilizarea unor substante medicamentoase (corticosteroizi,

ciclofbsfamide,ete.)-imunosupresie specifica- prin care se incearca o deprimare specifica a raspunsului imun al

limfocitelor organului transplanted.InterferonulUn mecanism interesant de aparare la nivel molecular-celular este si cel al interferentei,

reprezentand imunitatea pe care o dobandeste o celula fata de un virus ca urmare a unui contact prealabil cu o particula viral a. Aeeasta imunitate are la bazci formarea nu de anticorpi ci de interferon- moleeula proteinic! specifica carc inhiba niultiplicarea virala. Fenomenul a fost: deseoperit in anul 1957 dc catre A.I.Sachs s i ./. Lindemann, care au izolat si identificat interferonul. Considerat initial a avea doar efeet antiviral, interferonul s-a dovedit ulterior a avea de asemenea proprietati antitumorale si anticelulare directe. Practic, orice celula a corpului este capabila de a produce interferon, actionand de indala ce s-a produs infectia virala. dupa care actioneaza anticorpii. interferonul avand durata dc viata limitata. Mccanismul de actiune a intcrferonului este se pare, inductia sintezei unui represor care se leaga la ARNm viral, impiedicand functionarea sa si astfel nu se sintetizeaza enzimele care intervin in replicarea genomului viral. Gena pentru interferon aflata in mod normal in celula in stare represata este dcrcpresata la patrundcrca acidului nucleic viral in celula.

Interferonul- proteina semnal- inhibitor al replicarii materialului genetic viral- poate fi transportat pe cale sanguina sau umorala in alte t@rito.rii, conferind celulelor imunitate lata de infectia virala. Ei prezinta specificitate de specie si de aceea pentru a fi folosit la om. el trebuie sa fie sintcti/.at in culturi de celule umane. Dar, in cultura. celulele producatoare dc interferon au o durata scurta de viata. Acest impediment a fost surmontat prin realizarea de hibrizi celulari (som atici) dintre celulele producatoare de interferon si celule umane transfbnnate malign care au o mare capacitate de diviziune, aparand a fi "nemuritoare‘\ Asemenea hibrizi ceiulari se numesc Hibridoma.

80

I Retineti !

Fiecare organism sintetizeaza anticorpii numai impotriva acelor molecule "potential antigenice“ care au o structura diferita de cea a propriilor sale componente, sunt recunoscute ca straine si sunt apte de a fi degradate de catre sistemele enzimatice ale organismului, care produce anticorpii specifici.

Din cele prezentate rezulta in mod clar implicatiile geneticii in imunologie, ceea ce in ultimul timp a conturat o noua ramura a geneticii numita imunogenetica.

I /JPUOJH1. Comentati urmatoarele situatii:* 1

A, Praetica medicala a dovedit adesea ca organismul unei femei Rh negative, care a ramas insarcinata cu un barbat Rh pozitiv poate sa dobandeasca proprietatea nedorita de a fabrica anticorpi impotriva globulelor rosii ale fetilor care au grupa sangvina Rh pozitiv ca a tatalui. Anticorpii mamei distrug globulele rosii ale propriului copii care poate muri in urma icterului hemolitic grav.

B. Autogrefele sunt portiuni din tesuturi mutate de pe o zona a corpului pe alta. Homogrefele sunt grefe de la un individ la altul: grefe de la mama la fiu, grefe de la gemeni univitelini sau grefe de la un individ la altul fara sa fie rude.

C, In numeroase eazuri limfocitele se aduna la marginea grefei si distrug tesutul grefat.

6 CONSIDER ATII BIOETICE iN GENETICAu m a n A

Domtnii d m oplkabilitate In gtn tlico umon6

U nele m etode tra d itio n a le de cercetare sunt greu de aplicat in genetica umana din mai multe motive:

1. La om din m o tiv e e tic e , religioase nu pot fi realizate experiente de analiza genetica si urmarirea rezultatelor hibridizarii intre diferite variante, asa cum sc fac la animale si plante.

A

2. In ai doilea rand o dificultate im portanta a cercetarilor de genetica umana constituie timpui indelungat dintreo generatie si alta. aproximativ 30 dc an i.

3 . 0 alta problema care ingrcuneaza cercetarile de genetica umana, o constituie

Acestea sunt motivele care au dus la umana unele clasice altele moderne printre

Sfi ne reominlim !

Mendel a elaborat legile ereditatii utilizand ca material de cercetare diferite soiuri de mazare. Tezele teoriei cromozomale au fost formulate de Morgan in urma numeroaselor cercetari efctuate pe musculita de otet. Descifrarea ,in cele mai mici amanunte,a tainelor ereditatii a fost posibila datorita opoitiuiitatilor oferite de o gama variata de procedee si metode: incrucisari aleatorii intre indivizi, metode citologice, biochimice, citogenetice. matematice, statistice,etc.

descendenta relativ redusa a unei familii.elaborarea unor metode specifice de cercetare in geneticacare:

s i

Genera ia

Descender)^ Tn ' ) normalsordinea na§terii B§rbatnorm9, (de la stSnga

la dreapta) > Necunoscut

^ Femeie afectati

I Bdrtat afectat

O r - n

in

6 t6

<5 <!

f a

\Gemenirrionozigo i

Gemenidizigo i

ilf folositc in ale

- Studiul gemenilor monozigoti;- Studiul pedigreulu i - arborelui

genealogic;- Studiulfamiliilor consanguine;- Studiul complementului cromozomial

prin tehnici de bandare;- Studiul cromatinei sexuale. Eredopatologia um ana eonsem neaza

astazi peste 2 500 maladii ereditare care afecteaza toate caracteristicile morfologice, fiziologice, biochimice si de comportament ale fiintei umane. De aceea pentru prevenirea acestor boli un rol important il au asa numitele sfaturigenetice si diagnosticul prenatal.

Sfaturilegenetice sunt adresate cuplurilor si au rolul de a informa asupra riscului de a avea

urmasi cu anomalii ereditare .Sfaturile genetice sunt indicate in urmatoarele situatii:1 . unul sau ambii parinti sunt afectati de o maladie ereditara;2 . persoane sanatoase care au in familie rude cu boli ereditare;3. parinti care un copii afectat ereditar si vor sa cunoasca riscul de a avea alti copii afectati;4. cuplul prezinta un caz de consangvinizare;5. au avut loc avorturi spontane repetate,Diagnosticulprenatal urmareste detectarea unor maladii, din primele luni de sarcina.Pornind de la istoricul unei boli intr-o familie data, se poate realiza arborele genealogic (pedigreul)

care este reprezentat de o diagrama(fig. 76). Aeeasta urmareste relatiile care se stabilesc intre membrii familiei si modul de transmitere al bolii, Oaca se cunoaste modul prin care se transmite maladia, se pot face prcviziuni in privinta descendentci pentru aprecierea riscului gcnetic.

In prezent prin analiza lichidului amniotic (amniocenteza) de la femeile insarcinate, este posibil sa fie detectate o serie de maladii cromozomiale si genetice. In functie de gravitatea lor se poate lua decizia de a intrerupe sau de a continua sarcina,

Tehnica amniocentezei permite extragerea cu ajutorul unei seringi speciale, a unei mici cantitati din lichidul amniotic, in care se afla celulele desprinse din fatul uman. Lichidul amniotic extras se centrifugheaza, supematantul se arunca, iar sedimentul celular se introduce intr-un mediu de cultura, unde celulele se inmultesc. Aceste celule sunt folosite in analiza genetica pentru stabilirea sexului uman si pentru a constata daca fatul este afectat de boli cromozomiale sau genetice (fig.77)

Fertilizarea in vitro (FIV) inseamna crearea omului in afara corpului uman. Se foloseste spermatozoidul barbatului si ovulul femeii. Prin contopirea celor doi gameti, intr-un mediu de cultura special in conditii de laborator, se formeaza zigotul. Acesta in urma unor diviziuni separate da nastere embrionului. La 72 de ore de la conceptie, embrionul este transferat la mama purtatoare (tehnica numita embriotransfer). Fertilitatea nu intervine in complexul genetic al copilului, astfel ca intre fatul creat in vitro si fatul procreat natural (in vitro) nu apar deosebiri ale dezvoltarii.

Ca regula generala se implanteaza 2 -3 embrioni femeilor sub 35 de ani si nu mai mult de 4 celor peste 35. Necesitatea transferului de embrioni multipli pentru ca cel putin unul sa fie implantat cu succes, duce la aparitia sarcinilor multiple in aproximativ 25-30% din cazuri. In majoritatea cazurilor este vorba dc sarcina gemelara. Rata de aparitie a tripletilor este de 5%, iar a cvadrupletilor este sub 1 %.

82

viiozitaticoriale'

placenta

punctie cu 15-20 ml din lichidul amniotic sau din sSngele circulant al cordonului ombilical

n r

lichid amniotic

cordon ombilical

sapiamanaj

placenta

amniocenteza (TncepSnd de la a 17-a sSptSmlnS)

puse tn culturi de celule prelevate

analiza cromzomiala analiza biochimicidepistarea anomaliilor cromozomiale depistarea anomaliilor genetice- trisomia 21 (mongolism) - drepanocitoza 11- trisomiile 13 si 18 - hemofiliile A si B(X)- sindromul Klmefelter(XXY) - mucoviscidoia 7- sindromul Turner(XQ)___________ - miopatia Puchenne(X)_____________

Fig. 77 • A m niocenteza tLa 2 saptamani de la em briotransfer se efectueaza testul de sarcina din sange, Embrionii care

nu s-au folosit se pastreaza intr-un congelator pe o perioada nclimitata, congelarea facandu-se la o zi dupa obtinerea lor. Se pastreaza numai acei embrioni care sunt normali si care prezinta o diviziune cclulara normala. Embrionii se decongeleaza si se folosesc cand tratamentul a esuat.

In urma FI V, nu exista o crestere a riscului malformatiilor. Evolutia unei sarcini aparuta dupa FI V este exact ca a unei sarcini aparuta pe cale n a tu ra l! Rata de sarcina dup FIV ajunge la 50%.

Fertilizarea in vitro este utilizata:- la cuplurile care nu pot concepe un copii dupa un an de incercare;- in cazuri de infertilitate mascul ina severa (cantitate mica de spermatozoizi produsi sau o

mobilitate mica a acestora);- in situati i in care cantitatea si cal itatea ovulelor este slaba;- in cazul femeilor carora li s-au infundat trompele uterine sau carora li s-au legat trompele;- in cazul barbatilor care au suferit o operatic de vasectomie.Primul copii nascut prin FIV s-a realizat. in anul 1978. In anul 1996 s-a reusit prima operatie de

fertilizare in vitro in Romania.Clonarea terapeuticHPentru clonare. la organismele animale si la om, se utilizeaza ovulul anucleat. Un astfel de ovul

se obtine fie folosind o microseringa cu ajutorul careia se scoate nucleul sau se ”sterilizeazS“ genetic ovulul prin folosirea unui fascicul de raze UV sau prin tehnica laser.

In ovulul anucleat (lipsit dc nucleu) se introduce nucleul diploid, prelevat prin microchirurgie, dintr-o celula a corpului (epiderma, epiteliu intestinal). Manipulat in acest fel, ovulul detinator al unei garnituri duble de cromozomi, evolueaza spre embrion.

AIn prezentsunt cunoscute doua mari dircctii dc dczvoltai'e a clonarii: reproductive) si terapeutica.Clonareei reproeiuctiva este acea prin care se urmareste nastcrea unui organism complet dezvoltat.

83

— r

Gona hemogtotyinml

C r o fT K U O fr .l J

Cloncirea tercipeutica este aceea in care cloneaza embrionii pana la stadiul in care se poate obtine o cultura de celule Deci sunt utilizati embrionii clonati in primele etape ale dezvoltarii lor. C elulele ”stem“ sunt celule nediferentiate, capabile sa formeze orice fel de tip de tesut, constituind un material ideal pentru refacerea celulelor necrozate. Pornind de la celulele pacientului, se va elimina pericolul respingerii materialului transplantat, acesta fiind in mod natural acceptat de catre organism. Clonarea terapeutica da posibilitatea pe de o parte a vindecarii de boli grave: Alzheimer, Parkinson, sindrom Down sau diabet. Pe de alta parte da posibilitatea gasirii de noi surse de organe sau tesuturi folosite pentru transplant. Avand in vedere lipsa acuta de o rgane pentru transp lan t si incercarile d ispera te ale specialistilor de a gasi noi surse, organele si tesuturile obtinute prin clonare umana ar putea rezolva o parte din aceste probleme.

Clonarea la om a ridicat si ridica multe si dificile probleme religioase si de bioetica. Nu putem vorbi in cazul om ului de legalizarea clonarii reproductive. D iscutii contradictorii exista si in privinta clonarii terapeutice, desi tot mai multi sunt adeptii folosirii acestei tehnici genetice.

Terapia genica - este o metoda de tratare a maladii lor ereditare. Aeeasta consta in transferul de gene in celulele umane, in scopul inlocuirii genelor mutante (’Vefe“) cu genele normale (”bune“). Nu se urmareste inlocuirea genelor ”defecte“ in toate celulele ci inzestrarea bolnavului cu cateva celule modificate genetic astfel incat ele sa contina gena normala. Bolnavul insusi va produce substanta respect iva(fig. 78). S-au obtinut in accst sens rezultate extragand leucocite din maduva osoasa a bolnavului si infectandu-le intr-un mediu de cultura cu un virus ”imblanzit“ care este vector al genei normale. Celulele transformate genetic se pot introduce in corpul aeeluiasi bolnav.

Nucleu

Ccfol* din m a d u v a o s o a s a

t t ^ d u v a ro a ie

Fig. 78 • T erap ie genetica

1 Hetineti It iSistemul ereditatii umane are o importanta deosebita. Pe de o parte, el permite o mai buna

intelegere a fiintei umane. Pe de alta parte el deschide in medicina cai noi de tratament si da posibilitatea inceperii profilaxiei chiar inainte de momentul nasterii.

I M I C ^ T H

1. Realizati pedigreul pentru trei generatii de indivizi din familia voastra, urmarind transmiterea unui caracter.2. Care este consecinta consangvinizarii?3. Ce sfaturi se pot da in urmatoarele situatii privind riscurile genetice ale urmatoarelor cupluri care vor sa aiba copii:

A parintii sotiei sunt veri de gradul I;

84

£V J/C U /4R €

1. Prezentati structura genetica a unui organism la care se manifesta un caracter ereditar determinat de o gena recesiva in urmatoarele situatii:a. gena este autozomala;b. gena este dispusa pe cromozomul X la femeie;c. gena este dispusa pe cromozomul Y.

2. Mentionati genotipurile grupelor de sange ale copiilor unui cuplu in care mama are grupa sanguina B ( LB1) iar grupa tatalui este determinata de doua gene dominante diferite.

3. Cunoscand ca gena b+ determina culoarea capruie a ochilor iar aleia b determina culoarea albastra, precizati ce culori vor avea ochii copiilor unui cuplu in care atat femeia cat si barbatul au gerotipul b+b .

4• Ce Rh vor avea copiii rezultati dintr-o mama cu un Rh negativ si un tata cu Rh pozitiv?

5, Precizati in ce caz pot lua nastere copii cu Rh negativ din parinti cu Rh pozitiv.

6. Imaginea alaturata prezinta disjunctia normala a heterozomilor umani:A. Redati, prin scheme asemanatoare, consecintelenesepararii heterozomilor: a) la barbat; b) la femeie; c) la ambii.B. Descrieti anomaliile fiziee si psihice prezente la indivizii cu genotuipurile XXY si XO.C. Cate cromatine X prezinta barbatii afectati de sindromul Klinefelter? Dar femeile afectate de sindromul Turner?

7. in ce caz este posibila exprimarea in conditie hemizigota a unei gene recesive, cu localizare autozomala?

8. Doi frati au grupele de sange A(II) si B(I II) fiind homozigoti. Mama are grupa AB(IV). Care este grupa probabila de sange a tatalui?

9. Explicati motivul pentru care consangvini/area este cauza aparitiei mai frecvente a unor maladii psihice sau fizice ?

10. Mentionati afirmatia care se refera la sindromul Down:

85

a. este determinat de o gena x-linkata;b. reprezinta o aberatie numerica cromozomala;c. este determinat de o mutatie genetica autozomala;d. apare cu o frecventa mai mare la femei.

11. Sindromul Turner:a. este specific sexului feminin fara corpuscul Barr;b. este determinat de o mutatie genica heterozomala;c. se caracterizeaza prin absenta cromozomului Y;d. are drept cauza nondisjunctia cromozomilor din perechea 2 1 .

I | l • | l | l 12. Doi cromozomi normali ai unei specii prezintaurmatoarea succesiune de gene:

M n O P R S Reprezentati grafic cromozomii rezultati in urmatoareleI I • ' I I ' cazuri:

a. o deletie a segmentului D-E-F.b. o inversie in segmentul O-P-R.c. translocatie reciproca a ultimilor doua gene;d. translocatie reciproca a primelor doua gene.

13. In urma unei transfuzii dc la un barbat cu grupa A (LALA) la o femeie tot cu grupa A (LAI), in sangele acesteia apar anticorpi anti Rh. Cauza poate fi reprezentata de:a. incompatibilitatea Tntre grupa A homozigota si grupa A heterozigota;b. prezenta de anticorpi antiRh in sangele donatorului;c. lipsa antigenului Rh in sangele femeii;d. prezenta antigenului Rh in plasma sangelui barbatului;

14. Un barbat negru cu genotipul PlP]P2P2 se casatoreste cu o femeie alba ce prezinta

genotipul plp lp2p 2t Descendentiilor potfi:a. 50% negri si 50% albi;b. baietii vor fi negri iar fetele albe;

c. mulatri propriu-zisi cu genotipul PplP2p 2;

d. numai negri deoarece genele si P2 sunt dominante.

15. A nem ia fulciform a:a.este detenuinata de o mutatie a unei gene heterozomala;b. se manifesta predominant la barbati;ct cei afectati prezinta hemoragii putemice la cele mai mici letiuni;d. este o hemoglobinopatie cu eritrocite in forma de secara;

16. Sunt determinate de aneupiodii heterozomale umane:a. sindromul Turner* sindactilia, daltonismul;b. sindromul Klinefelter, prognatismul, hcmofilia;c. miopatia Duchcnne, trisomia X, sindromul Klinefelter;d. trisomia X, sindromul Turner. Sindromul Klinefelter.

86

17. Maladiile umane X-linkate:a. sunt determinate de aberatii numerice heterozomale;b. se manifesta tn mod diferit la cele doua sexe;c. sunt reprezentate de hemofilie, anemia falciforma, polidactilie;d. cele determinate de gene recesive nu se transmit la urmasi.

18. Limfocitele pot fi caracterizate prin:a. sunt reprezentate de doua populatii prineipale:limfocite ”T“ si ”B “; ’b. limfocitele ’T “ produc anticorpi;c. limfocitele ”B“ se clasifica in reglatoare si efectoare;d. in citoplasma limfocitelor se gasesc markeri care functioneaza ca receptori;

19. Ce sfaturi pot fi date urmatoarelor cupluri care vor sa aiba copii, privind riscurile genetice in situatiile de mai jos:a. tatal sotului are hemofilie, dar fratele lui este sanatos;b. sotia are o sora daltonista;e. parintii sotiei sunt veri primari;d. unul din unchii tatalui prezinta albinism.

20. Cariotipul uman normal:a. este reprezentat de 23 perechi de cromozomi grupati in 7 grupe;b. cei mai mari cromozomi se gasesc in ultima grupa;c. cromozomul Y se gaseste in grupa B;d. toti cromozomii umani sunt metacentrici.

21. Sindromul Klinefelter:a. este intalnit atat la barbati cat si la femei;* . 3b. indivizii afectati prezinta corpusculi Barr;c. este determinat de o mutatie genetica heterozomala;d. determina moartea indivizilor afectati.

22. Referitor la mutatiile umane alegeti variants corecta :a. sindromul Edwards este determinat de monosomia 13;b. 2n = 47 = 44+ XXY este specific pentru sindromul Klinefelter;c. maladia ”C/7 du c h a t este determinata de o mutatie genica;d. miopatia Duchenneeste cauzata de o restructurare cromozomala.

23. Precizati afirmatia corecta din urmatoarele enunturi:a. anticorpii reactioneaza specific cu antigenele corespunzatoare;b. molecula de anticorp este formata din patru lanturi lungi si doua scurte;c. imunoglobulinele reprezinta peste 80% din proteinele plasmatice;d. limfocitele "B“ sunt influentate de timus in timpul dezvoltarii lor.

24. Caracterele fenotipice umane :a. sunt determinate numai de gene dominante;

87

b. unele caractere cantitative sunt determinate de interactiuni intre gene nealele;c. nu se transmit la descendenti;d. sunt determinate indeosebi de gene extranucleare.

25. Un barbat sanatos se casatoreste cu o femeie purtatoare a genei ce determina hemofilia.

A. stabiliti genotipurile celor doi indivizi;B. realizati incrucisarea si indicati procentual pe sexe, genotipul si fenotipul descendentilor;C. explicati modul de transmitere al maladiei in acest caz.

26. Un cuplu are trei copii dintre care doi sanatosi si unul prezentand albinism. Stabiliti:A. genotipurile parintilor si tipurile de gameti parentali;B. toate genotipurile posibile ale copiilor;C probabilitatea (in procente) nasterii de copii albinotici.

2 7 .0 femeie cu polidactilie (heterozigota) se casatoreste cu un barbat daltonist. Precizati:A. genotipurile parintilor;B. genotipurile tuturor descendentilor;C. procentul copiilor cu daltonism si al celor cu polidactilie,

28. Intr-un cuplu toti baietii sunt daltonisti iar fetele nu prezinta daltonsm. Stabiliti:A. genotipurile si fenotipurile parintilor;B. genotipurile si fenotipurile dwscendentilor baieti si fete;C. cauza ce determina acest mod de transmitere a malariei.

29. Cei patru membri ai unei familii prezinta grupe diferite de sange. Stiind ea unul dintre copii este homozigot, determinate

A. grupele de sange si genotipurile parintilor;B. grupele de sange si genotipurile copiilor;C. o alta posibilitate de repartizare a grupelor de sange in cadrul familiei.

30. Un barbat daltonist se casatoreste cu o femeie purtatoare de homofilie. Precizati:A. genotipurile parintilor;B. probabilitatea aparitiei unor urmasi daltonisti;C. procentul de baieti hemofiiici.

31. intr-o familie toti cei patru copii an ochi albastri si aceeasi grupa de sange-A(II). Stiind ca bunicii din partea mamei erau homozlgoti dublu recesivi pentru cele doua caractere,stabiliti:

A. genotipurile si fenotipurile bunieilor din partea mamei;B . genotipurile si fenotipurile posibile ale parintilor;C . genotipurile si fenotipurile copiilor.

32. Daca un parinte prezinta polidactilie iar celaialt are degete normale, boala se va transmite;A. tuturor copiilor de acelasi sex cu parintele polidactilic;B. tuturor urm asi lor,indifferent de sex,cu probabilitate de 50 %;C. nu se poate preciza cu exactitate cum se va transmite maladia.

88

rE C O L O G I A I J M A N A

L

P a rtic u la r ity a l* biotopulul si t n o it i In t c e s i i l t m t lt antropizat*

Sfi ne reominlim !

Ecosistemul este unitatea functional^, elementara, concreta a biosferei;Eeosistemiil este alcatuit din doua componente fundamentale: a) c o m p o n e n ts ne vie

biotopul sau habitatul - reprezentata prin totalitatea factorilor abiotici (climatici, apa aer. sol, nutrienti, energie solara etc); b) com ponents vie hioeenozd reprezentata prin totalitatea populatiilor diferitelor specii legate atat teritorial (adaptate de biotipul lor) cat si prin relatii de

pendents. Omul face parte integrants (obligatorie sau intamplatoare) din multe eeosisteme.

In natura elementele componente ale ecosistemului biotopul si biocenoza- sufera modificari si inlocuiri in decursul timpului intr-un proces de continua evolutie, ca urmare atat a evenim entelor naturii (aluneeari de teren, ploi torentiale, inundatii, cutremure, vulcani (fig. 79) etc), cat si a interventiei umane (taieri de arbori, araturL schimbarea destinatiei terenului etc). Inlluentele specifice existentei si activitatii umane in mediul natural au general asa num itele ecosisteme antropizate (amenajate).

Atunci cand cerintele fundamentale ale umanitatii - hrana si imbracamintea - nu au mai putut fi (imitate la ceea ce ofera natura, omul a incercat noi solutii din punct de vedere eeologic. Ulterior, gama solicitarilor a crcscut. Ecosistemele antropizate trcbuiau sa fumizczc materii prime pentru diferiteleramuri ale industriei, mai ales ale industriei usoare si alimentare,\sau sa ofere spatiu de desfasurare a unor activitati umane, fie incluse in activitatea eotidiana, fie datorate perioadelor de recreere si vacanta.

Ecosistemele antropizate, desi depind de om din punct de vedere structural organizatoric, nu manifesta totusi diferente nete fata de ecosistemele naturale. Ele sunt mai mult sau mai putin sisteme ecologice naturale, optimizate fie pentru obtinerea unor productii vegetale sau animate sporiic. fie pentru alte

89

I Fig. 80 * Variatii ale gradtihii de an tro p i /a re

scopuri umane, Cu toate rezultatele deosebite obtinute in lungul mileniilor pana astazi, in marea majoritate a cazurilor omul nil face insa decat sa imite natura, reproducerea modelelor ecologice de acelasi tip, dar ameliorate dupa cerintele sale.

Structura unui ecosistem antropizat cuprinde urmatoarele elemente principale:-hiocenoza, alcatuita dinfitocenoza naturala si plantele de cultura, precum si din zoocenoza

naturala, la care se adauga si ahimalele domestice;- totalitatea oamenilor din sistem;-ansamblulproduselor naturale (natura transformata) create prin activitatile umane (individuale

si umano-soeiale) constand din feluritele constructs, rnasini, obiecte de uz divers, etc. inclusiv solul amenajat pentru cultura prin mijloace artificiale;

-depozitele de deseurisi reziduuristagnante, neintroduse in ciclurile biogeochimice ale biosferei. Toate aceste elemente implantate in mediul abiotic natural, alcatuiesc un mosaic eterogen, cu

raspandiri si densitati variabile, ce interactioneaza reciproc.O caracteristica specifica a ecosistemului antropizat este gradul de antropizare( f\g. 80) care

reprezinta intensitatea injluentelor de origine antropogena asupra mediului natural. El este diferit de la o zona la alta. De exemplu: in zonele urbane sau putemic industrializate - sisteme intens antropizate

elementele componente au devenit subordonate complet prezentei oamenilor. in agrosisteme fitocenoza este controlata direct de om. In cadrul acestora numarul speciilor din structura biocenozei fiind foarte mic, stabilitatea este foarte redusa, iar echilibrul sistemului, nu poate fi mentinut decat tot prin interventia permanenta a omului, prin: aport de energie suplimentara (mecanizare, ingrasaminte); lupta contra daunatorilor; adaos de apa si fertilizanti etc. In ecosistemele cu densitatc redusa a populatiei sau chiar nula influentele factorilor antropogeni sunt neglijabile (regiunile cu clima aspra, cu mare lipsa de resurse, parcurile nationale, etc).

in ecosistemele antropizate are loc o simplificare a biocenozei, mergand pana la privilegierea unui numar extrem de mic dc specii, fapt care provoaca o saracire a sistemului, prin diminuarea numarului de legaturi interne si deci o fragilitatc a echilibrului ecologic, ca urmare a lipsirii sale de autoreglare si de posibilitati de autoregenerare.

90

Ecosistem eNaturale Antropizate

Productivitate variata VariataLanturi trofice - Complexe* suprapuse, formand retele

cxtrem de com plicateLanturi simplificate, scurte; Culturi ingrijite de om, ferite de paraziti;

Solul - G azduieste si parlicipa la o intensa activitatea biologica

Activitate biologica slaba. Se aplica tratam cnte agrotehnice specialc,

am endam ente etc.Actiunea omului - Redusa Epuizarea sistemului prin prelevari

masive de biomasa. Com pensarea exportului de substante prin import de ingrSsaminte. apa etc.

Evolutie - Naturala, spre clim ax.- Pcrmite viata fiintelor salbatice Artificializare progresiva. Inlocuirea

naturalului prin artificial; Disparitia fiintelor salbatice

in tabelul de mai jos se prezinta o scurta comparatie a catorva dintre caracterele specifice ale celor doua categorii de ecosisteme. Antropizarea sistemelor ecologice se realizeaza pe numeroase cai. ajungandu-se la ecosisteme de tipuri deosebite. Dintre ele cele mai importante - datorita intindcrii si insemnatatii lor pentru societatea umana sunt: agrosistemele si sistemele urban industrial..

In agrosisteme ( fig 81) omul inlocuieste formele naturale de plante si de animale prin varietati cultivate si animale domestice in scopul asigurarii unor producti vitati maxime ale acestora. Numarul speciilor de plante si animale domestice este foarte mic; la plante: cereale, cateva leguminoase, unele radacinoase, cateva specii horticole ; la animale; cateva rumegatoare, porcine si ovine, la care se adauga cateva specii de pasari. Acestea au fost specializate in decursul multor generatii, astfel ca, in timp, au devenit cu totul diferite fata de speciile ancestrale. Daca s-au putut obtine productivity! cu mult mai ridicate decat cele din stadiul lor initial, ele sunt, in schimb, mult mai vulnerabile la influentele mediului natural.

Diferitele componente ale biocenozei din agrosisteme pot fi caracterizate ecologic, avandu-se in vedere nivelul trofic urmarit spre a fi exploatat prin amenajare.

Producatoriiprintari de interes economic (plantele de cultura sau fitocenoza cultivata) sunt supusi presiunii demografice si concurentei din partea unor plante spontane de tipul buruieniior. Mediul de cultura (biotopul) imbogatit cu azotati si fosfati este astfel disputat intre cele doua categorii de plante. Asupra producatorilor primari cultivati actioneaza si consumcitorii de ordimd 1 (fito fag ii): daunatorii. Tot asupra fitocenozei cultivate se exercita si actiunea parazitilor atat de origine vegetal! cat si animala sau mierobiana.

Fijg. 81 « A grosistem e

91

Cumuland toate cele trei categorii de organisme, care exercita o influenta nefavorabila asupra fitpcenozei cultivate, ar rezulta o pierdere insemnata din productia primara scontata. Se impune interventia directa a omului atat pentru imbunatatirea si imbogatirea mediului de cultura, cat si cea de fitoterapie.

Prin selectia soiurilor in directia obtinerii productiilor primare sporite s-a eliminat practic cea mai mare parte a mijloacelor fizice si chimice naturale de aparare a plantelor cultivate. Un posibil rezultat al selectiei exercitate pe astfel de coordonate a fost pierderea din genotipul plantelor de cultura a unor alele de rezistenta sporita la diferitele tipuri de atacuri. Omul trebuie sa combata acest efect printr-o actiune de ameliorare in paralel, atat a productiei cat si a rezistentei.

Plantele spontane (buruienile) prezinta o gama intreaga de adaptari - prolificitate ridicata, viteza de crestere mare, vigurozitate, mijloace chimice de concurenta, capacitati sporite de rezistenta la erbicide etc., care le permit sa lupte impotriva mijloacelor pe care le utilizeaza omul in incercarea diminuarii numarului lor. Bste firesc sa existe aceste diferente pentru ca, obiectivul fundamental al selectici naturale a plantelor a fost supravietuirea, in timp ce pentru plantele cultivate s-a impus o selectie artificiala pe coordonate independente sau nelegate direct de supravietuire.

Urmarind speciile aflate pe nivelul trofic superior - animalele din sistemele zootehnice sau piscicole, la prima vedere, se pare ca numarul actiunilor biotiee nefavorabile este mai redus. Mijloacele de protectie vizeaza in mica masura controlul unor consumatori rapitori. Cele mai multe sunt indreptate asupra agentilor infectiosi si parazitari. In realitate acest avantaj este aparent, deoarece consumatorii de acest gen sunt foarte diversificati. Costul productiei secundare creste prin necesarul unei baze trotice primare ce se impune a fi asigurata in anumite standarde energetice. In fermele zootehnice industriale, unde spatiul de depozitare al individului animal este foarte redus si lipseste lumina naturala, apar boli metabolice si de stres. Se impun masuri suplimentare din partea oamenilor (lumina artificiala, asistenta medicala veterinara, surplus de vitamine etc).

Referitor la biotop,in agrosisteme, prin araturi repetate, omul transfonna solul in pamant afanat in care se schimba radical conditiile de stabilitate, de aerisire, de umezire, ia r p ro ce se le b io lo g ice - care contribuie la form area acestuia se dezechilibreaza, Astfel, solul devine un corp artificial in care fenomenele de infiltrare a apei, a evaporarii, de in m ag az in a re a u m id ita tii , de acum ulare a substantelor minerale (sporite prin aplicare de itigrasaminte chimice, etc) sunt ingreunate.

Sistem ele urban -in dustriale (fig. 82) se caracten /ea/a printr-un -

a n u m ita Io c a tic T c rm e n u l tie lo c a t ie 11 S *2 * Sistem e u rb an industria le I

92

trebuie inteles in sens larg si ca pozitie geografica dar si sub aspect interrelational, adica, al relatiiior ce au loc pe de o parte intre oameni, iar pe de alta parte intre oameni si celelalte componente ale sistemului din care fac parte.

Aglomerarile de populatie sunt generate de anumite conditii economice si social-politice. Analizand aglomerarile umane pe arii restranse, se constata o raspandire extrem de diversa a gruparilor omenesti sub forma de asezari stabile. Dupa marimea lor (populatie, arie), dupa populatiile predominante ale locuitorilor si dupa confortul de viata al acestora, asezari le pot fi urbane (orase) sau rurale (sate).

Sub aspect ecologic, o asezare fie ea sat sau oras nu este numai o insumare de constructs, instalatii si servicii. Ea are caractcrul unui organism viu. a carui esenta sta "in relatiile osmotice desfasurate intre obstea civicd si uriasul eifagure, intre oameni si mediul construit4 *.

Populatia sistemelor urban-industriale este consumatoare a unei uriase cantitati de substanta si energie aduse in cea mai mare parte din afara sistemului. Din punct de vedere ecologic, se poate afirma ca orice aglomerare urbana este dependents de bioproductivitatea agrosistemelor invecinate.

Functional, ecosistemele antropizate caracterizate in general prin simplificare organizatoriea, implica instabilitate, cost ridicat de mentincre cat si de control al nivelelor trofice care nu sunt exploatate direct. Solutiile obtinute pana acum, cu toate eficientele lor sunt legate de istoria civilizatiei. dezvoltarea tehnicii si a conceptiei umane de abordare a naturii.

Goncluzionand, se pot evidentia o serie de caracteristici specifice ale unui ecosistem antropizat care se diferentiaza net de cele naturale:

• este dominat de specia umana;• s-a structural si aevoluat in timp, pe masura cresterii efectivului si a necesitatilor umane;• si-a diferentiat structuri ecologice speciale (subsisteme ): ecosisteme de tip urban, de tip

rural, agrosisteme, sisteme acvatice destinate acvaculturii;• fluxul de energie este sustinut predominant de energia auxiliara;• determina simplificarea si linearizarea circuitelor biogeochimice;• diversificarea resurselor naturale utilizate si cresterea ratei dc exploatare a lor;• multiplicarea si diversificarea produsilor seeundari sau finali, uzati din punct de vedere

tehnic sau moral, ce reprezinta poluanti;• fortele motrice ale dezvoltarii sale sunt:

- cresterea efectivului populatiei umane;- cresterea necesitatilor omului;- dezvoltarea stiintei si tehnicii;

• este un subsistem al ecosferei, cu distributie insulara, dar extinsa neunifonn la nivel planetar:• este un sistem ecologic integrat in ierarhia sistemelor ecologice.

I i R e t t a e t i !Antropizarea atrage ecosistem ele spre alia dezvoitare, decal aceea care are loc Tn mod natural. Evolutia

ecosistem elor naturale in care interventia um ana nu s-a tacut inca simtita este indreptata spre diversificarea si specializarea cat mai pronuntata a elem entclor componcnte, fiecare adaptare specifica conducand la definirea unor noi nise ecologice. bine determ inate, in schim b, in ecosistem ele antropizate efortul de opunerc a elemefitului uman fata de dezvoltarea naturala tinde spre simplificarea biocenozei mergand pana la privilegierea unui num ar extrem dc mic de specii, m odificand stabilitatea sistemului si posibilitatile de autoreglare si autoregenerare.

I Arfk T lf

• Prezeniati pe scurt transformarea peisajului natural, pe trepte diferite de antropizare. pana la marile aglomerari urbane, unde se produce suprim area totala sau aproape totala a naturii prin asezarea unui mediu artificial de ziduri. asfa.lt, conducte. cabluri, eic.

^3

i»vtsti9 «ir«e •cosSst«m«lor ontropizote*

Fizionomia ecosistemelor naturale si antropice, precum si compozitia biocenozelor se schimba in decursul anotimpurilor. Investigatia ecosistemelor antropice se face folosind metode si tehnici specifice in functie de tipul ecosistemului. Prin generalizare, pentru investigarea oricarui sistem antropizat trebuie sa cunoastem atat factorii abiotici, ce caracterizeaza biotopul cat si componentele biotice reprezentate prin populatiile biomasei.

In functie de scopul urmarit, investigarea se poate face pentru cunoasterea:• unor componente ale biotopului;• a intregului biotop;• a structurii, dinamicii si fenologiei unei anumite populatii de plante sau animale;• a unor fitocenoze (comunitati de plante);• a unor zoocenoze (comunitati de animale);• a unor microbioze (comunitati de microorganisme);• parazitoze (comunitati de ecto- si endoparaziti).Pentru investigare trebuie parcurse urmatoarele etape.• Etapapregdtitoare consta in documentare in sensul cerut de scopul investigatiei. Trebuie sa

se cunoasca metodele de lucru si perioadele de aplicare, sa se procure echipamentul si aparatura care vor fi utilizate, se vor procura harti (geografice, pedologice, geologice, hidrologice, geomorfologice) pentru a se stabili caracterele in mare ale biotopului in care exista biomasa.

• Etapa investigarii de teren ofera executantului sa vina in contact cu subiectul investigatiei in baza caruia se aduna material informativ.

• Etapa Jinala - care consta in prelucrarea informatiilor culese din teren si a materialului recoltat din care rezulta concluziile originate ale investigatiei stiintifice.

Metodele de investigare intr-un ecosistem antropizat se pot grupa in:A. Metode de cunoastere a curacterelorfactorilor abiotici si a biotopului• masurarea temperaturii aerului, solului si apei;• determinarea culorii. transparentei, oscilatiilor de nivel ale apei, viteza si debitul apei

curgatoare;• determinarea cantitatii precipitatiilor, determinarea grosimii zapezii, nebulozitatii;• determinarea chimismului apei si solului.B. Metode de investigare a biocenozelor, de recoltare, prelucrare, conservare si pastrarea

materialului biologic.Pentni investigarea unei biocenoze eonstituite din fitocenoze si zoocenoze este necesara

determinarea unor caracteristici carc sa evidentieze in mod real aspectui acestora in functie de scopul urmarit.

Caracteristicile ce se pot stabili sunt: frecventa, abundenta, constanta. dominanta speciilor cultivate.

a) Frecventa speciilor evidentiaza in procente numarul de piese in care se gaseste o specie fata de numarul total de probe colectate.

1(H) in care:

F = frecventa; p = numarul pieselor in care apare specia data; P - numarul total de probe cercetatc; 1 0 0 := factorul de raportare procentuala

94

b) Abundenta (relativa) exprima in procente raportul dintre numarul indivizilor unei specii fata de numarul indivizilor celorlalte specii care exista intr-o fitocenoza sau zoocenoza ce corespunde unei anumite suprafete sau unui anumit volum.

in care:

A = abundenta; n = numarul indivizilor unei specii date; N = numarul total de indivizi cercetati, apartinand altor specii; 100 = factorul de raportare la 100.

c) Constanta speciei este un indice exprimat prin frecventa. Se apreciaza ca speciile sunt componente constante, totdeauna prezente intr-o biocenoza dar este mai mare decat 50 %; cand frecventa este cuprinsa intre 50 % si 25 % sunt specii accesorii, iar cand frecventa este sub 25 % sunt specii accidental.

d) Dominanta speciei exprima influcnta exercitata de o specie intr-o comunitate. Se calculeaza folosindrelatia:

X 100,

, in care:

AA~densitatea speciei A; h = numarul de indivizi ce apartin speciei A; N = numarul total de indivizi ce apartin zoocenozei; 1 0 0 = factor de raportare procentuala.

C. Investigarea fenologica (fenomenos - vizibil) consta in observarea diferitelor aspecte ale naturii. Ea cuprinde succesiunea evenimentelor naturale in decursul anului, proces legat de succesiunea aspectelor sezoniere al ecosistemului investigat (cercetat).

Importanta studiului fenologic pentru agricultura consta in: stabilirea programelor cu privire la epoca de semanat, a conditiilor de ingrijire, de coacerc, de recoltare etc. De asemenea cunoasterea epocilor de inflorit aduce servicii albinaritului pastoral. Importanta observatiei fenologice pentru horticultura permite gasirea efectului decorativ maxim al pareuriior si gradinilof prin ornamentarea lor cu plante horticole. cultivate si spontane, cu efect de sezon, precum si multe alte importantc indicii practice pentru pomiculture, legumicultura, piscicultura.

Metoda studiului fenologic cuprinde:• alegerea ecosistemului antropic (speciei) pentru observatie• stabilirea datelor cand se fac observatiile• efectuarea observatiilor fenologice• variatiile zilnice si sezoniere ale factorilor climatici (meteorologici): temperatura, umiditate.

precipitatii, nebulozitate. presiune atmosferica, viteza si directia vantului• evenimente caracteristice din viata plantelor: inflorirea, vestejirea florilor, coacerea fructelor.

caderea frunzelor etc• evenimente caracteristice din viata animalelor: nasterea, aparitia dintilor, schimbarea culorii

parului (blanii), aparitia coamclor etc.Fenologia pe fenofaze se noteaza am anuntit pe zile in caietul de observatie.Exemplu: Fisa nr. 1Denumirea ecosistemului (speciei):Punctul geografic:C lim a:

Fenofa/a Datele observatiilor ne an i Rezultatele observatiei2009 2010 2011

1. Umflarea mugurilor L i2. Inceputul cresterii castanelor e l

95

Dupa aducerea datelor se trece la interpretarea lor, Notarile facute amanuntit in caiete si respectiv in fise, se compara si se desprind concluziile de mare importanta stiintifica si practica in sensul cunoasterii fenologiei speciilor ca raspuns la conditiile factorilor de mediu.

In cursul acestor activitati aveti grija sa:• nu distrugeti plantele si animalele;• nu distrugeti cuiburile si ouale pasarilor;• nu poluati mediul cu hartii, resturi de mancare, etc;• ocrotiti natura.

finalize factorilor abiotici

Scop: Pentru caracterizarea oricarui sistem, inclusiv a celui antropizat, este necesara cunoasterea (identificarea) factorilor abiotici, pentru a se determina legatura directa intre factorii de baza ai climei (meteorologici), solului, apei si biocenoza specifica acestor ecosisteme.

Analiza factorilor abiotici se poate face folosind metode de observare si masurare a rolurilor pe care le au in timpul unui an.

1. Masurarea temperaturii aerului, apei, solului.Aparaturafolosita: static meteorologica (fig.83), dotata cu aparatura corespunzatoare cu care

sa se poata inregistra cu regularitate mersul principalelor elemente meteorologice si chiar face uneleprevederi ale vremii pe plan local de scu rti durata. Instrumentele si aparatcle meteorologice se instaleaza intr- un anumit loc numit platforma meteorologica.

C o n d itii le de am p lasa re a p la tfo rm e i meteorologice: suprafata orizontala. deschisa, sa nu prezinte gropi. movile, obstacole, ce ar putea influenta valorile indicate de aparate.

Dimensiunile platformei meteorologice: 20 x 16 m. pentru uz scolar: in lipsa de spatiu dimensiunile pot fi: 1 0 x 8 m.

Platforma se imprejmuieste cu gard de sarma, fixat pe stalpi de 1,5 m deasupra pamantului. Intrarea in platforma se face prin partea de Nord, pe alei de 0,4 -0,5 m.

Principalele elemente meteorologice care se pot inregistra in cadrul platformei meteorologice (scolare) sunt: temperatura aerului si solului, umezeala si intensitatea vantului. presiunea atmosferica, masurarea precipitatiilor atmosferice.

Aoi-v/x o«

FVr»KMT>*Vu

[ • S ia lic n ietcorolo£ica

M etode de cunoastere a ca rac te re lo r fac to rilo r abiotici

Determinarea temperaturii aerului. Sc face cu ajutorul termometrului cu mercur, care trebuie ferit de actiunea oricaror radiatii. El se instaleaza intr-un adapost special de lemn. inalt de 1, 8 m. fixat pe 4 picioare, vopsit in alb la exterior si negru la interior. Peretii sunt prevazuti cu jaluzele, ca sa poata circula aerul. Peretele dinspre nord este mobil si sei'veste ca usa.

Obser\'atiile asupra temperaturii aerului (in cazul platformelor scolare) se fac de trei ori pc zi (8 . 14, 20. ora locala). iar in interval de 24 de ore se mai determina si temperatura maxima si minima.

Pentru a citi fara greseala temperatura aerului pe scara lermometrului, este necesar ca ochiul observatorului sa fie exact la nivelul meniscului coloanei de mercur.

96

Pentru determinarea temperaturii maxime a aerului se foloseste un termometru special. Acest termometru prezinta o gatuitura la tubul interior, in care urea mercurul, imediat deasupra rezervorului. Atunci cand temperatura creste mercurul urea si nu mai poate cobori decat daca este scuturat. Citirea termometrului se face la orele 8 si 2 0 .

Termometrul de minima masoara cele mai scazute temperaturi, si spre deosebire de cel de maxima si de cel obisnuit, are ca lichid de umplere alcool. Rezervorul de alcool este in forma de furca, iar in tubul capilar plin cu alcool se gaseste in suspensie libera un indicator de portelan mobil de culoare inchisa. Se instaleaza in adapost, in pozitie orizontala. Cand temperatura scade, coloana de alcool se seurteaza si trage dupa ea si indicatorul. Cand temperatura creste, coloana de alcool se lungeste dar indicatorul ramane pe loc indicand diviziunea in dreptul careia a fost temperatura cea mai mica. Citirea se face tot la 8 si 20.

Temperaturile zilnice la cele 3 citiri si temperaturile maxime si minime se inscriu in caietul de observatii.

Calculul temperaturii medii diurne* se afla din media aritmetica a celor trei citiri:

in care:

Tm = temperatura medie diurna; n = media aritmetica a celor trei citiri la termometrul obisnuit;M.i=minima din cursul celor 24 de ore; k = coeficientul variabil de la o iuna la alta

Valorile coeficientului k in mare sunt: ianuarie 0.100; februarie - 0,105; martie 0,147; aprilie0,183; mai - 0,209: iunie - 0.215: iulie - 0,217; august - 0,200; septembrie - 0,182: octombrie -

0,164; noiembrie 0.131; decembrie - 0,106.Determinarea temperaturii solului Se face atat la suprafata lui cat si la diferite adancimi. Se

folosesc termometre speciale de sol. Ele sunt termometre cu mercur, avand rezervorul cilindric inclinat si alungit. Ele se instaleaza de obicei la adancimi de 5; 10; 15 si 20 cm. Acest termometru se foloseste numai pe timp calduros. Temperatura straturilor mai adanci se masoara cu ajutorul termometrelor de sol extractive sau cu tragere verticala. Ele raman permanent in sol si se scot numai cand se fac citiri.

Determinarea umezelii aerului. Se determina cu ajutorul psihrometrului sub fonna de tensiuni a vaporilor de apa si ca umezeala relativa cu ajutorul higrometrului cu fir de par.

Psihrometrul este un aparat format din doua termometre obisnuite cu mercur, cu rezervoare de aceeasi forma si aceeasi dimensiuni. Rezervorul unuia din ele (dreapta). numit termometru umed. este invelit cu tifon ce se umezeste inainte de determinare. Cel din stanga, numit termometru uscat este folosit pentru determinarea temperaturii aerului.Rezervoarele celor doua termometre sunt ventilate cu ajutorul unei moristi aspiratoare, Cu ajutorul tabelelor psihrom etrice, se extrag. pe baza temperaturi lor citite la cele doua termometre. valorile tensiunii vaporilor de apa, ale umezelii relative si ale deficitului de umezeala.

Functionarea higrometrului cu fir de par se bazoaza pe proprietatea firelor de par degresate de a-si modifica lungimea in functie de variatia umezelii aerului. Citirea se face la orele 8 , 14 si 20 direct pe scara higrometrului.

Determinarea cantitatii de apa cazuta prin precipitatii se face cu ajutorul pluviometrului (fig.84). Este format dintr-un cilindru din tabla zincata(a) cu lungimea de 40 cm. si diametrul de 159,5 mm, fixat de un stalp de lemn. Cilindrul se fixeaza cam la 1,50 m deasupra solului. La partea supcrioara a cilindrului. in interior se sudcaza o palnie receptoare (b), tenninata printr-un tub dc scurgere care se prelungeste pana la vasul colector (c).

(

!l[

V.— c

III I

I

Fig. 84 • P luviom ctru

97

Pentru determinarea cantitatii de apa cazuta, se scoate colectorul de la pluviometru, apa pe careo contine se rastoama intr-o eprubeta speciala (eprubeta pluviometrului) care arata cantitatea de apa cazuta pe metru patrat.

Presiunea atmosferica (forta cu care aerul apasa asupra unitatii de suprafata) se masoara cu barometrul, unitatea de masura este barul.

Pentru determinarea directieisi intensitatii vantului - se folosesc giruetele. Girueta este formata dintr-un ax metalic vertical, prevazut la partea superioara cu 3 sau 4 vergele metalice ce indica punctele cardinale. Pe cea care indica nordul se noteaza litera N. Printr-un sistem de rulmenti deasupra vergelelor directionate si pe axul vertical se fixeaza partea mobila a giruetea asupra careia actioneaza vantul. Dispozitivul de directie este fonnat dintr-o vergea metalica orizontala, prevazuta la unul din eapete eu doua placute metalice, iar la celalalt capat cu o bila metalica. Dispozitivul care indica taria (intensitatea) vantului este format dintr-o placa metalica ( 15 x 30 cm , greutatea de 200 grame) care se orienteaza totdeauna perpendicular fata de liniile de forta ale vantului. Ea pcnduleaza, sub actiunea vantului, in fata unui arc de cere, pe care se afla montati 8 dinti indicator!, corespunzatori unei viteze exprimate in scara Beaufort.

Corespondenta intre numarul dintilor de pe girueta si scara BeaufortScara B eaufort 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Nr. dc ordine al vergelei

1 1 - 2 2 3 4 5 6 7 7 - 8 8

lu teala vantului*in m/scc

0 1 2 4 7 9 12 15 19 23

Aprecierea tariei vantului se face dupa scara Beaufort. Diferitele grade ale acestei scari se interpreteaza dupa m anifestable actiunii vantului din tabelul de mai jos.

Aprecierea intensitatii vantului dupa scara BeaufortOracleBeaufort

M anifestSrile actiunii vantului m/sec km /ora

0 (C ) Liniste completa (calm) 0 0,5 0 - 11 Aproape linistit, fumul sc ridica aproape vertical 0,6 1.7 2 62 Putin vant misca un stegulet si din cand in cand frunzele arborilor 1,8 3,3 7 - 123 Vant slab misca un steag si intretinc miscarea continua a frunzelor arborilor 3,4 5.2 13 - 184 Vant potrivit, mentine intins un stegulet. misca ramuri subtiri fara fiimze 5,3 7,4 1 9 -2 65 Vant taricel. mentine intins un steag mare, misca ramuri groase fonneaza valuri

pe ape statatoare7,5 9.8 2 7 - 3 5

6 Vant destul de tare incepe sa fie auzit la adapostul caselor, pe ape statatoare formeaza valuri cu spume pe creasta

9,9 - 12,4 36 - 44

7 Vant tare, misca arbori neinfrunziti de dimensiuni potrivite, pe ape statatoare fonneaza valuri spumegande

12.5- 15,2 45 54

8 Vant putemic, misca arbori mai mari. rupe ramuri si crengi de marime normala 15,3 18.2 55 - 659 Furtuna, crengi neinfrun/ite de dimensiuni mai mari rupte, acoperisurile sunt

ridicate1 8 ,3 -21 .5 66 - 77

10 Furtuna putemic a, arbori i sunt rasturnati 21.6 25,1 78 9011 Tempests produce distrugeri grele 25,2 - 29.0 91 - 10412 Uragan nimic nu rezista vantului Peste 29,0 Peste 104

I !f. •• Inregistrarea continua a mersului vremii duce la cunoasterea ciimei prin care se poate preciza ce plante se pot culiiva mai bine intr-un loc sau altul, ce productie se poate astepta de la un soi sau altul, ce plante se pot sau nu aclim atiza, ce boli pot aparea, cc ingrasam inte sunt mai indicate, la ce date trebuie aplicate, cand se pot facc tratamcnte impotriva daun&torilor etc.

98

D s t c r m i n a r e a s t r u c t u r i i t r e f i c e i n

f t c o s i s t t n i f i l t o n t r o p l i a t t _________________

Atat in ecosistemele naturale cat si in cele antropizate structura unei biocenoze este data de mai multe caracteristici:

• populatiile (speciile) componente incadrate in trei grupe: producatori, consumatori (fitofagi si zoofagi), descompunatori;

• relatiile in timp si spatiu dintre populatii;• proportiile cantitative dintre populatii care se refera atat la numarul indivizilor, cat si la

masa lor biologica (biocenoza);• distributia in spatiu a populatiei;• dinamica in timp a populatiei;• trasaturile specifice ale populatiilor dominante, talie, longevitate, ritm de inmultirc.Pentru cunoasterea structurii unei biocenoze dintr-un ecosistem natural sau antropizat sunt

necesare o serie de prelevari (luari de probe) efectuate asupra ei.Activitatea consta in:• scoaterea dintr-o suprafata determinata relativ mica sau dintr-un volum determinat relativ

mic al biocenozei a unei cantitati de organisme prin luare de probe;• o data cu acestea sunt necesare o serie de observatii faeute asupra biocenozei, in general,

cat si a factorilor abiotici ai biotopului;• luarea probelor si efectuarea observatiilor se fac in diferite perioade ale anului pentru a se

cunoaste variabilitatea populatiei pe anotimpuri;• cercetarile fScute in teren sunt continuate in laborator unde se fac o serie de determinari a

speciilor de plante si an im ale, a biocenozelor sau a altor parametri biocenotici;• la sfarsitul cercetarilor efectuate in teren si in laborator se iritocmeste o lista de specii pentru

fiecare prelevare. Listele cuprind indicatii de natura cantitativa si calitativa;• interpretarea rezultatelor, cu aplicarea unor indici de calcul, definindu-se caracterul si

complexitatca de organizare a biocenozei.Nota. Cu ocazia studiului biocenozelor se pot face recoltari dc material biologic, selectionand

din teren formele cele mai reprezentative care, aduse in laborator sunt supuse prelucrarii si conservarii pentru a fi folosite pe parcursul anului scolar in cadrul lectiilor de bilogie sau alte activitati de studiu (cercetare).

Metoda de lucru:- Se stabileste ecosistemul antropizat care trebuie cercetat si limitele acestuia.Studiul vegetatiei presupune:-cunoasterea structurii orizontale si verticale ale fitocenozelor, stabilirea compozitiei lloristice

a fiecarei fitocenoze;-intoemirea tabelului sinoptic al fiecarei asociatii;-stabilirea succesiunii asociatiilor vegetale,Cercetarea consumatorilor (primari, secundari, tertiari etc) presupune:-studierea nevertebratelor terestre;-studierea vertebratelor terestre;-prelucrarea, conservarea si pastrarea materialului biologic din ecosistemul antropic cercetat.Prezentam cateva procedee de cercetare a unui ecosistem antropizat care ne ajuta sa putem

face aprecieri corecte asupra complexitatii victii si de organizarea producatorilor primari.A ) identificarea si delimitarea fitocenozelor (producatorilor):• speciile dominante(cultivate);

99

• speciile subdominante (buruieni);• speciilc indicatoare;• speciile insotitoare.Speciilc dominante (plantele cultivate) reprezinta 60 - 100 % din totalul speciilor care intra in

constitutia fitocenozei. Ele formeaza primul strat de plante al fitocenozei, ocupa o suprafata mare in fitocenoza si produc cea mai mare cantitate de materie organica (biocenoza). Aeeasta spccie determina structura si compozitia floristica specifica biocenozei.

Speciile subdominante (buruieni) reprezinta 25 40 % din masa vegetala Numarul speciilor si procentul variaza in functie de parametrii factorilor ecologici.

Speciilc indicatoare (plante salbatice care oglindesc anum ite insusiri ale factorilor ecologici:umiditate excesiva sau scazuta, clima calda sau rece, soluri bogate sau sarace in saruri minerale, etc.). Ele sunt slab reprezentate ca numar si ca volum in fitocenozele cultivate.

Speciile insotitoare reprezinta in general 10 30 % din masa vegetala a fitocenozei. Ele insotesc speciile dominante si subdominante in functie de insusirile ecologice pe carc le au.

Structura orizontala si verticala a fitocenozelor.Observatiilc pentru cunoasterea structurii orizontale si verticale a fitocenozei se fae prin

deplasarea in cadrul teritoriului dupa anumite repere formate din mai multe linii paralele si linii de intersectie a acestora. Fitocenozele pot avea o structura orizontala deschisa sau o structura orizontala inchisa, Agroeenozele au structura orizontala inchisa deoarece prezinta o vegetatie deasa.

Analiza pe verticala a agrocenozei presupune existenta unui numar de straturi in functie de natura speciilor asociate si de parametrii factorilor ecologici existenti. Aceste observatii (asupra structurii orizontale si verticale) ale agrocenozei incep prima vara si tin pana la sosirea iernii in functie de ecosistemul antropizat ales (fizionornia ecosistemului se schimba in functie de anotimp).

Observatiile se noteaza in caietul de practica.Stabilirea compozitiei floristice a ecosistemului antropizat.Observatiile privind acest obiectiv se fac in functie de marimea zonei cercetate, de uniformitatea

sau neuniformitatea conditiilor ecologice.Suprafetele minime de evidentiere a fitocenozei, consta din inventarierea tuturor speciilor de

plante de pe o suprafata numita releveu.Numarul si suprafata releveelor depind de suprafata de cercetat. Forma releveelor poate fi

patrata sau dreptunghiulara. Pentru fiecare specie din fiecare releveu se noteaza abundenta si dominanta.Dupa inventariere se intocmeste tabelul sinoptic al asociatiilor vegetale care trebuie sa cuprinda

efectuarea observatiilor fenologice, numarul releveului, suprafata in metri patrati, acoperirea si constanta.Pentru determinarea productiei primare se folosesc diferite metode .Cea mai convenabila si usoara metoda de cunoastere a productiei primare a fitocenozei consta

in determinarea cantitatii de substanta organica, pe specii. in suprafete alese spre cercetare. Luarea de probe se face in momentul cand vegetatia ajunge la dezvoltarea maxima.(perioada de inflorire si formare a fruetelor).

Cum se procedeaza? in cadrul fitocenozelor se fixeaza un numar se spatii care sa cuprinda marea majoritate a speciilor. In rcleveele alese se aseaza o rama metalica sau de lemn, de forma patrata cu latura de 1 m. Din interiorul acestui cadru se recolteaza toate plantele (cu radacina cu to t) , apoi se curata de impuritati si se separa pe specii, se ambaleaza in saci de plastic si se due in laborator, unde se cantaresc. Greutatile rezultate pentru fiecare specie reprezinta fitomasa proaspata care se noteaza in caictul de observatie. Probele grupate pe specii se usuca in etuve (la 105 °C), dupa care se cantaresc din nou, determinandu-se fitomasa uscata. Apoi se taie in bucati mici si se ard complet. Cenusa rezultata se cantareste si se scade din greutatea uscata obtinandu-se substanta organica in g la m2. Datele obtinute se noteaza in caietul de observatie.

Exemplarele cele mai reprezentative ale speciilor componente se recolteaza. se conserva servind la intocmirea ierbamlui ce constituie un document al investigatiei. Din perimetrul oricarui ecosistem antropogen (culturi de cereale, legume, pomi fructiferi etc.) trebuie sa se recolteze, prelucreze si sa se conserve corpul intreg al speciilor de ciuperci, licheni, dc plante ierboase sau parti din plantele lemnoase.

B. Metode de cercetare a nevertebratelor terestre dintr-un ecosistem antropizatPentru cercetarea cantitativa a faunei de pe suprafata solului si chiar a celei de pe plantele

ierbivore se aleg suprafete de control. Aceste suprafete pot avea marimi variabile in functie de marimea animalelor. Din fiecare patrat se recolteaza toate animalele si se formolizeaza (concentrate 4 %) in borcane colectoare. Fiecare borcan cu animale corespunde unui patrat. In laborator se determina spccia sau genul si se procedeaza la interpretarea datelor. Se noteza si speciile'de plante din patrate pentru a se constata corelatia dintre acestea ca producatori primari si animale, in calitate de consumatori.

C. Metode de cercetare a vertebratelor terestre dintr-un ecosistem antropizatPopulatiile de animale vertebrate si in special reptile, pasari si mamifere se cerceteaza folosind

metode calitative si cantitative. Metodele de cercetare cantitativa sunt metode inductive. Este imposibil sa se numere toate vertebratele enumerate mai sus in orice ecosistem. De aceea se fac sectiuni sau se delimiteaza suprafete unde se fac numarari si apoi se desprind concluziile pentru toata suprafata. Cercetarea trebuie sa porneasca de la caracteristicile ecologice ale populatiei, iar rezultatele obtinute sa fie comparabile in timp si spatiu. Observatiile se noteaza in caietele dc observatie.

Porticyioritdti ftoxuiv! 4m imottritt siM Wenergi* m sc@ilsU(R«l« &Atr@^IsQU*

Sfi ne reaminlim !

Toate organism ele vii au nevoie de hrana pentru a exista; hrana (llux de inaterie) c ircu it in ecosistem pe calea unor verigi de populatii num ite lanturi trofice:

Pentru mentincrea oricSrui sistem sc consum a energie: energia introctosa in ecosistem (flux dc energie) trcce datorita relatiilor trofiCe de la p ro d u c e r ! la consumatori de diferite ordine;

In ecosistemele naturale principala sursa de energie este energia radianta solara. Plantele cu clorofila- producalorii, capteaza aeeasta energie si produc cu ajutorul ei substante organice din substante anorganice (fotosinteza) pc care le iau din mediul inconjurator (sol, apa, aer).

Prin fotosinteza energia solara este transformata in energie chimica inmagazinata in Substantele organice sintetizate. Energia aeumuiata de plante (energia primara) si substantele organice (productia

i -cnergi? solara; P, producatori prim ari; C, consum atori primari; C c o n s u m a t o r i sveundari: D dcseompunatori I cncrgic asimilata dc cStre plante: 2 cncrgic din substantele organice sintetizate dc plante; 3.4 - energie a s im ita$ d e catre consumatori I si 11; \ 6 energie din substantele organice sintetizate' de consum atori t . II; 7 energie consum ata in procesele proprii de c3trc plante si animate; S - energie cuprinsa in hrana nedigerata.

Fig. 85 • F luxul de m aterie si energie in ecosistem

101

Transpira ie

'EvaptfrareTranspira^fe

Qescofnpunere' Saruri mlnevate

Fig. 86 • Circuite naturale: a) circuital ea rbouu lu i; b) c ircu itu l apei si s& rurilor m in era ls

primara) sunt preluate de consumatorii primari- fitofagele, care in procesul de asimilatie sintetizeaza substante organice proprii. De la consumatorii primari, substantele organice si energia aeumuiata in ele, circula la celelalte verigi ale lanturi lor trofice : consumatorii secundari, tertiari, cuaternari.

Dupa moartea organismelor vegetale si animale, substantele organice sunt descompuse dc catre dcseompunatori in elemente chimice anorganice carc se acumuleaza in apa, aer, sol si circuitul biogeochimic se rcpeta. Echilibrul ecosistemului este asigurat in permanenta prin reglarile naturale existente in ecosistem.(fig. 85)

P rezen ta o am en ilo r si acti v ita ti le desfasurate de ei in cadrul biotopului natural, tulbura acest echilibru cu actiuni intensificate pe masura cresterii gradului de antropizare a ecosistemelor. Astfel, ecosistemul antropizat se deosebeste dc cel natural prin:

• consum energetic mult sp o rit;• utilizarea masiva si a altor surse decat

cea solara (mai ales a acelor surse provenite din combustibili fosili);

• modificarile de amplasare si cu mare viteza a structurii ecosistemului,

• impunerea unor ”intrari“ si ”iesi’riu din sistem, altele decat cele naturale;

• nerespectarea ciclurilor biogeochimice,etc.In sistemele antropizate omul a reusit prin activitatile sale sa invinga frontierele biologicc

parasind legea reglarilor organice sa isi creeze singur mijloace carc sa deturneze in favoarea sa imense cantitati de resurse din mediul inconjurator si sa le transforme, sa le utilizeze sau sa le transfere de la un sistem la altul, fara nici o retroactiune imediata. Astfel, omul se sustrage de la regula generala, introducand pe cale artificiala process liniare (neciclice) cu consecinte grave in starea de echilibru a sistemelor. Unul dintre numeroasele exemple ce se pot da In ace$ sens este si acela al interventiei omului in circuitul natural al Substantelor (fig. 8 6 ) care are loc intre plante, animale si sol prin

indepartarea cxcretiilor si a descurilor rezultate din metabolismul fiintelor vii, dincolodc limitele ecosistemului, sustragandu-le de la circuitul lor natural, pentru a le introduce in alte circuite artifieiale ( fig.87).

Productia de bunuri matcriale este cea care modifica sistemele naturale si tot ea este cea care deverseaza in natura deseurile sale, atat

Cazul 1 Cazul 2 ,. . . . . . .t:;>„,, i xc-.-t.-v. ---v tvra-i.iltv.-.vi: s, r v di rect cat si prin nu jlo c irca consum atici

neproduetive. In schema din fig . 8 8 se observa ca 111 desfasurarea lor, procesele de productie sunt alimentate din mediul ambiant cu materii prime si energie obtinute din rezervele de resurse

.•ydavnjle 56 f^inforc in sal - conipte!. a parte* ymun element a! reddaris deseun sc cadavrej sunt etoninato

artificiai unn caai izari Gi/ificata

I F ig, 87 • In terven tia omului in circuitul na tu ra l

102

n a tu ra le . D upa p ro d u c e re a obiectelor (valori de intrebuintare) si consumul acestora, se elimina o serie in treaga de deseuri si energie sub forma de ealdura.

Daca s-ar considera ca rezervele naturale de resurse si energie sunt inepuizabile si ca spatiul in care sunt depozitate deseurile este nelim itat, atunci procesele economice ar putea fi gandite ca se desfasoara intr-un flux continuu, fara intrerupere si fara diminuarea lor cantitativa. In realitate insa, se stie ca resursele nu sunt deloc inepuizabile, iar spatiile oferite de planeta noastra devin tot mai restranse pentru a face fata tuturor utilizarilor oamenilor. In acelasi timp, este cunoscut faptul ca intr-un sistem antropic,la fel ca si in orice sistem ecologic natural, supravietuirea organismelor vii este conditional de regencrarea continua a resurselor, substanta fiind necontenit transferata si reeiclata.

Trebuie observat ca intre fluxul de energie si cel al substantei exista o deosebire. In timp ce energia este transformabila dintr-o forma in alta (potentials, cinetica, chimica, termica, etc.), dar niciodata readusa de la o forma inferioara la alta superioara, ci numai degradata in ealdura care se pierde in afara sistemului, substanta poate fi refolosita prin reciclare. Cu alte cuvinte, nu toata cantitatea de substanta care este eliminata ca deseuri trebuie depozitata in ecosfera ci dimpotriva - o cantitate cat mai mare din aeeasta ar putea fi refolosita, economisind astfel resursele naturale.

Intensificarea activitatilor umane, are ca efect negativ producerea unor dezechilibre in ciclurile ecosferice ale unor elemente si in special al oxigenului. De asemenea, abaterea fluxului natural al substantelor nutritive din sol spre cresterea unei anumite specii (monocultura) in scopuri alimentare sau industriale pentru a se obtine productii mai mari si de ealitate ridicata cat si posibilitatea folosirii in productia agricola a unei cantitati suplimentare de energie obtinuta cu ajutorul combustibililor fosili, due la o fragilitate a echilibrului ecologic, ca urmare a lipsirii sale de autoreglare si de posibilitati de autoregenerare.

Caracteristica principala a unei culturi vegetale consta in inlocuirea fitocenozei naturale printr-o singura specie de planta. Pentru a obtine productii cat mai mari si de ealitate ridicata, se imbunatatesc condit’ile

% %

naturale, prin aplicarea unor tehnici agricole adecvate, printr-un aport suplim entar de substante nutritive (apa, ingrasaminte chimice si organice) si prin elim inarea din fitocenoza naturala a tuturor speciilor nocive, fo lo s in d p e s tic id e , e rb ic id e ,

energie solarS 22-10; Kcal

HvQ3000t

()14t

Trarjspiratie

H ,0 9 1

c o 2

20 t

0 2

4 tH ,0 2 t

CO, 6 t

Fotosinteza

Respiritie

*B (114 t)PN

40•!0* Kcal

boabe ► 4 tPaie

* 5 t

H O30D0t

H ,o Substance t minerale

PB=productia bruta PN=producjia neta

Fig. 89 • S chim buri de m aterie si energie in tre un agrosistem m ediu

103

insecticide, etc. Eficacitatea energetica a unei culturi vegetale este extrem de redusa. Schema din fig. 89 arata prin cifre aproximative schimburile care au loc intre sistemul considerat si mediul inconjurator, precum si proccsele biologice. exprimate cantitativ in ecuatiile chimice referitoare la fotosinteza si respiratie. In aeeasta schema se consemncaza importul de energie solara (2,2 x IQ9 kcal), import- exportul de substante rezultate din proccsele biologice (C 0 2, 0 2, H20 ) , precum si productia reala realizata (boabe, paie), exprimata in unitati energetice (40 x 106 kcal). Se observa ca eficacitatea energetica a agrosistemului considerat, este foarte mica de numai 1, 8 %: 40 x 106 x 100 = 1 ,8 %

In agrosisteme eficacitatea energetica variaza in timp atat cantitativ cat si calitativ in functie de adaosurile chimice si de carburanti. Populatia unui sistem urban este consumatoare a unei uriase cantitati de substante si energie, aduse in cea mai mare parte din afara sistemului. Importul si exportul pe care it realizeaza o aglomeratie urbana, depaseste cu mult orice transformari pe care le-am putea intalni in cazul ecosistemelor naturale. Pornind de la principiile ecologice, in multe tari s-au experimental modele de sisteme antropizate bazate pe utilizarea complexa a energiilor solare, a vanturilor, a apei, a solului in asa fel incat sa nu se p ro d u ca- pe cat posibil • pierderi sau dezechilibre ale sistemului. Populatia unui sistem urban este consumatoare a unei uriase cantitati de substante si energie, aduse in cea mai mare parte din afara sistemului. Importul si exportul pe care il realizeaza o aglomeratie urbana, depaseste cu mult transformari le pe care le-am putea intalni in cazul ecosistemelor naturale.

Pornind de la principiile ecologice, in multe tari s-au experimentat modele de sisteme antropizate bazate pe utilizarea complexa a energiilor solare, a vanturilor, a apei. a solului in asa fel incat sa nu se produca- pe cat posibil pierderi sau dezechilibre ale sistemului.

nftetineti !• Toate organism ele din oricare ecosistem isi desfasoara viata numai utilizand energia libera pe care o convertesc in diferite forme de travaliu sau o depoziteaza in propria lor biomasa. Aceste transformari se asociaza cu dcgradarea unci parti din energia libera sub fonna de ealdura. Unica forma de transfer de energie intre toate niveluriie trofice este energia chim ica rezultata din fotosinteza. Fluxul de energie unidirectional antreneaza si face posibile fluxurile cielice ale diferitelor substante ea; (),* C, N, P. S, etc.

1 /IPLICM II

• Analizati schema de mai jos si explicati circuitul biogeochimic al unui sistem antropizat. ^ u n ogrg -ngrgCTcrate--------------------------------------- * ------------------------------- - " .............—---------E N E R G TE

iCONdi

TfTPirrri rr"

ur se. am oniac

CD

01 i—a;TOoC7-—a)

N erum egatoareM icroorgan ism e

-► m »cro o rg an ism e

C E LU LO ZA REZIDUR!

(emerge slabS)

De§eun organic©

SO LAR A

0 0 2A pS

Azot

I FURAJE i (emerge mijlocie)

AMIDON (emerge multS)

Substance nutritive

■ i \ .______

Microorganism© din so

104

2 STRUCTURA SI DINAMICA POPULATIILOR UMANE *

m Structura si diAomlco populatiilor uman*

Sfi ne reaminfim ! ______________________________

Studiile dem ografice asupra trecutului om enirii aratS o cvolutie numerica intens accclcrataIsioricii inen^ioneaza pcmru paleolitic 5 milioane de locuitori. iar pentru Inceputurile erei crcstine 250 I

m ilioane locuitoriPrim ul miliard de persoane a fost atins tn anul 1830, al doilea miliard un secol mai tarziu (1930), iar al

treilea miliard in 1960, al patrulca m iliard in 1974. al eincilea miliard in 1987, iar in 1999 s-a ajuns la al sasclca miliard de persoane

in anul 2Q05 (conform statisticilor actuale) populatia totala a glohului este de 6.46 miliarde locuitori, iar pentru anul 2050 se presupune o evaluare totala dc 9,07 miliarde persoane.

Populatia umana constituie elemcntul principal al ecosistemelor umane, care se afla in interdependenta cu alte sisteme: societatea, economia, alimentatia, cultura etc, toate avand corelatii si se interinfluenteaza atat direct cat si indirect.

Populatia nationala este definita ca o ”colectivitate de oameni care ocupa un teritoriu bine delimitat, acela asupra cdruia se exercitd suveranitatea statului respectiv (V Trebici). Ea poate fi conceputa ca un sistem deschis, cu intrari si iesiri constitu te din nasteri, respectiv decese, avand o structura alcatuita dintr-o serie de subsisteme (populatia urhana, rurala, activa. inactiva etc) supuse

Tientsin

D ENSITAJILE POPULAJIEI PE GLOB

Mexico

mov.ovo

T okioDelhi

Crunching

IB o m b

I ^?Bangko|

Rio de Jan e iro

Sao Paulo

M anila-d

Jakarta

B u en o s A ires locuitori perm ila p a tra ta ( 19 8 5 )

■mmmmO- »- 80 200JO 20 60 200 400M e tro p o le cu p n t e a n dmilioane de locuitori (1990)'

Fig. 90 • D is tr ib u te populatiei um ane

105

u n o r in te rd ep en d en ce , c o n d i t io n a l si e fe c te de c o n ex iu n e in v ersa ( fe e d ­back). Spre d e o seb ire de aeeasta populatiei mondiale nu i se poate atribui caracterul de sistem global, ea fiind un a g reg a t, re z u lta t d in tr-o insumare a diferitelor populatii nationals, creata doar ca o categoric statistica de maxima generalitate.

N ivelu l de astazi alpopulatiei planetei( fig.90) este rezultatul unei indelungate evolutii, incepute de la aparitia omului. Homo sapiens se impune ca specie in urm a cu numai 50000 de ani, desi urmele stramosilor sai sunt mult mai vechi. Daca la inceputurile istoriei, umanitatea a fost caracterizata printr-un ritm de crestere foarte scazut, abia din a doua jumatate a sec. al XVIIl-lea s-au constatat sporiri insemnate de populatie (fig. 91).

Secolul al XX-lea a reprezentat o epoca unica in istoria umanitatii, ce se caracterizeaza printr- un ritm foarte rapid de crestere a populatiei, ce a determinat unul dintre fenomenele defmitorii ale lumii contemporane - explozia demografica.

Aspectele importante care au determinat aeeasta dinamica a populatiei sunt:• revolutia industrials (progrese tehnologice, inovatii,alte procese care au generat dezvoltarea,

in general);• revolutia agricola (cresterea randamentului exploatarii terenurilor, amcliorarea raselor de

animale);• revolutia sanitara (cresterea performantelor medicale, introducerea vaccinurilor etc.). Astfel, ritmul de crestere a populatiei umane a atins valori deosebite in secolul al XX-lea,

variind de la 0,65% in 1900 la 0,83 in 1950 si 1,6 % in 1999 pentru ca in anul 2005 sa aiba o valoare de 1 ,2 % (fig.92).

Aeeasta crestere spectaculoasa a populatiei explozie demografica (baby - boom) - a caraeterizat in principal tarile subdezvoltate din Africa, America Latina, Asia. In Europa cresterea

epocaneolitica

epoca epoca'bronzuluj fierului

Fig. 91 • C res te rea dem ografica m ondiala

106

85+ barbati femei80-84 I75-79 batrani70-74 GHANA65-6960-6455-5950-5445-4940-44 adulti35-3930-3425-29, -

20-2415-19 m10-145-9 copii |

- -i0-4 " ; ” ..

8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 varsta % din populatie

ig. 93 • D iag ram s populatiei d u p a v ars ta : a) ta ra in curs de dezvoltare; h) ta ra dezvolta ta

2150 - populatia estimate la 10,1 miliarde loc,2125 - Populatia estimate la 8,3 miliarde loc.2010 - Populatia terilorTn curs de dezvoltare $e a^teapte s3 fie de

fie de cind ori mai mare decSt cea a (Srilor dezvoltate: 6,5 miliarde 2000 ■ 6.2 miliarde loc.1950 -1990: populatia lumii s-a dublat1980-4,4 miliare

1950 ■ Populatia {arilor in curs de dezvoltare era de trei ori mai mare decat a $riior

dezvoltate

RestuAsiei3062

demografica a fost mai putin spectaculoasa, datorita razboaielor, scaderii fertilitatii, modificarii mentalitatii si a noilor prioritati aparute in cadrul familiei (fig.93) etc.

Analizand sistemele de crestere pe perioade indelungate (1850 2000) se constata o stransa legatura intre ele si gradul de dezvoltare economica. Astfel, in perioadele de trecere de la stadii de subdezvoltare la dezvoltare, populatia creste fiind conditionata de o natalitate mare si o mortalitate stationara sau in scadere, pc fondul unei dezvoltari generale care determina cresterea nivclului de trai. Odata cu trecerea tarilor in stadiul de state dezvoltate, progresul economic si social genereaza noi orientari in dimensionarea familiei. alte mentalitati si prioritati, care determina o seadere a natalitatii si respectiv a ritmului de crestere a populatiei.(fig. 94).

Evolutia nume- rica a populatiei este determ inata, pe de o p a rte , de m is care a naturala a acesteia si pe de a lta p a rte de mis car He migratorii (mobilitatea popula­tiei).Miscarea naturala a populatiei im plica fenomenele demogra- fice legate de natalitate, mortalitate, sold natu­ral (d iferen ta d in tre natalitate si mortalitate). Ea in terv ine in mod direct in m odificarea numarului populatiei.

1960 1980 2( 1990

America de Nord 343

2020 Populatia estimatetn 2025 (mil.)

L— — .....— - ............ — — ........... — ———------------------

Fig. 94 • F.volutia numeric*! a populatiei 1

barbati

batraniSUEDIA

45-49adulti

20*24

% din populatievarsta

107

c o n s titu in d fac to ru l cel m ai dinamic.(fig.95).

Afatalitatea ilustreaza frecventa sau intensitatea nasterilor in cadrul unei populatii. Indicele folosit este rata natalitatii (N) care se calculeaza pe baza raportu lu i d in tre num arul to tal al nascutilor vii (n) si numarul mediu al populatiei totale (P) exprimat la 1000 de locuitori intr-un an.______

N~-g- x 1 0 0 0 ;

S f a d k i M

ridicat

tna^teri §i decese la 1000 de locuitori pe an

ScSzut

exempleaetuale

Fluctuateridicata

Scadere natural a populatiei

Etlopia Bangladesh, triburi

din jungld (Tnainte de 1760)

Stadiul 2 Stadiul 3 Stadiul 4Expansiune timpurie

_jRata natalitefii

Cro$tercnaturalapopulaji

Expansiunet d r z i e

FluctuatescSzutS

Peru, Sri Lanka, Kenya (1760-1880)

China,Cuba,Australia

Canada.JaponiaSUA

(1880-19409 (dup'd 1940)

Fig. 95 • T ranzitia dem ografica

La nivel mondial rata natalitatii9

(N) se ridica in prezent la 2l%o. La nivelul continentelor se afla anumite difercntieri: Africa 38 %o; Asia 20 %o; America Latina 22%o; Australia si Oceania 17 %o; America de Nord 14 %0; Europa 10 %<>.

Mbrtalitatea reflects frecventa sau intensitatea deceselor in cadrul unei populatii. Indicele folosit este rata mortalitatii (M), care se calculeaza pe baza raportului dintre numarul total al deceselor (m) si numarul mediu al populatiei totale (P) exprimat la 1000 de locuitori la nivelul unui an.

M = # x 1 0 0 0

In prezent rata mortalitatii la sistem mondial (M) este de 9%o. La nivelul continentelor se Tnregistreaza urmatoarele valori: Africa 15 %0; Europa 11 %>\ America de Nord 8 %<>; Asia 7 %«; America Latina 6 %o; Australia si Oceania 7 %o.

Diferentele inregistrate la nivelul ratei mortalitatii (M) nu reflecta intotdeauna decalajele existente in gradul dc dezvoltare economica ca in cazul ratei natalitatii. Deseori tarile dezvoltate, avand o populatie varstnica mai numeroasa, are valori mari ale mortalitatii decat unele tari mai putin dezvoltate.

Mortalitatea infantila rcflecta intensitatea deceselor copiilor sub varsta de 1 an in cadrul unci populatii. Rata mortalitatii infantile se calculeaza raportand numarul deceselor copiilor sub 1 an (n i) la numarul total de nasteri (n), exprimandu-se in promile (%o).

M, mi"KT x iooo|

Rata mortalitatii infantile (M.) este foarte mare la nivel mondial 54 %<>. Cele mai mari valori ale acesteia se gasesc in tarile mai putin dezvoltate. >

Durata medic a vietii (speranta de viata la nastere) reprezinta numarul mediu dc ani pe care o persoana il are de trait, in mod obisnuit. exprimat la nastere in situatia in care conditiile ar ramane aceleasi ca in momentul de referinta: se calculeaza ca medie a duratelor de viata a indivizilor unei generatii imaginare, care ar trebui supusa intreaga sa viata ratelor de mortalitate pe grupe de varsta ale anului dc observare.

Speranta de viata la nivel mondial este de 67 de ani (65 ani pentru barbati si 69 ani pentru femei). La nivelul continentelor speranta de viata se prezinta astfel: America de Nord -* 7 8 ani, Europa —►75 ani, Australia si Oceania —►75 ani, America Latina -►72 ani, Asia «► 6 8 ani, Africa _► 52 ani.

Diferenta dintre natalitate si mortalitate reprezintasoldul natural. El poate fi pozitiv sau negativ. In prezent cele mai mari valori ale soldului natural se inregistreaza in tari precum Mali (32 %o), Ciad

108

(28 %o), Arabia Saudita (27 %o), iar cele mai mici in tarile Europei Centrale si Estice unde se constata valori negative (Germania, Romania, Ungaria, Rusia, Ucraina s.a.m.d).

La nivel mondial soldul natural este de 12 %o, cel mai mare fiind in Africa (23%o), iar cel mai mic in Europa (1 %o).

Mobilitateapopulatiei se refera la deplasarile spatiale ale indivizilor cu si fara schimbarea domiciliului. indiferent de durata absentei din localitatea de origine, cu scopuri diverse, la distante mai mari sau mai mici. Aceste deplasari determina modificari de ordin social, profesional, economic etc. Ele se pot clasifica in doua mari tipuri:

• deplasari obisnuite, care nu implica o schimbare de lunga durata a domiciliului. Ele se desfasoara ritmic, repetitiv, neprovocand dezechilibre in zona de origine si cea de destinatie

• miscarile migratoriipropriu-zise, caracterizate de schimbarea de durata sau deftnitiva a domiciliului, care implica modificari majore in viata acestora.

Cauzele migratiilor sunt multiple, diversificate si au un caracter dual: pe de o parte, respingere (in zonele de origine - de plecare) si pe de alta, atractie (in zonele de sosire destinatie).

Factorii de respingere pot fi:• economici: declinul resurselor, suprapopularea, scaderea ofertei locurilor de munca, somajul,

veniturile scazute, saracia, decaderea activitatilor economice etc.;• sociali: lipsa oportunitatilor de a intemeia o familie, aparitia in familie a unor membri

copii, pierderea identitatii in grupul de origine, discriminari, etnice, sociale, rasiale, absenta bazei materiale specifice a unor activitati culturale, educationale, stiintifice;

• politici: discriminari politice, existenta unor regimuri totalitare, aparitia unor evenimente dcstabilizatoare razboaie, revolutii, atacuri teroriste, politici economice gresite etc.;

• naturali: catastrofe, cutremure, eruptii vulcanice, inundatii, fenomene climatice dezastruoase- uragane. tornade etc.

Factorii de atractie sunt in opozitie cu cei de respingere si sunt mai puternici in general pentru a depasi eventualele obstacole de pe traseu.

• oferta superioara de locuri de munca;• oportunitatea obtinerii unor venituri mai mari;• nivel de trai mai ridicat;• oportunitatea atingerii unui nivel mai inalt de educatie si specializare in diferite domcnii de

activitate;• deplasarea cu partenerul de viata sau in vederea casatorici:• dorinta de a se integra intr-un nou tip de eomunitate,etc.Migratiile pot avea eonsecinte importante dc natura demografica, economica, sociala. Din punct

de vedere demografic, se produc modificari semnificative legate de cresterea sau descresterea numarului de locuitori, modificari ale stincturilor de populatie, ale indicatorilordemografici in general. Consecinte-c economice sunt legate de forta de munca constituita de indivizii care migreazS- Pc piata muncii sunt posibile atat aspecte pozitive cat si aspecte negative, ce afecteaza intr-o anumita masura atat zonele

A

reccptoare cat si pe cele de origine. In plan socio-cultural se observa in zonele rcceptoare aparitia unei diversitati etnice, culturale, sociale, ce determina redimensionarea relatiilor intre grupuri.

Indicatorul folosit este soldul migratoriu (migratia neta AM). El este rezultatul diferentei dintre numarul sosirilor (I) si numarul plecarilor persoanelor (E) dintMm anumit spatiu.

AM = I - ESoldul migrator alaturi de soldul natural determina miscarea populatiei.

109

I Rctincti !# fIn cadrul ecologici umane, populatia reprezinta nu numai factorul activ, care conditioneaza echilibrul

ecosistem elor ci si scopul final al acestui echilibru. De aceea se poate spune ca ea reprezinta atat subiectul cat si obiectul ecologici umane. Al doilea pol aE sistem ului, mediul. daca este privit in relatie cu sistemul mondial al populatiei, poate duce la concluzia unor solutii relativ usoare privind problem ele dem ografice: planeta noastra ofera conditii de v iata unci populatii mult mai num eroase decat astazi. Subsistem ele regionale, nationale etc, in conditiile relatiilor sociale si internationale actuale, com plica insa problem ele si le fac deosebit de dificile.

/IPLICM II»Determinati pe baza datelor statistice-evolutia num erica a populatiei din localitatea voastra in ultimii 2 ani.

Anolix« statistic* a lt structurii si diAomicii p^pulotllSar*

Pentru cercetarea unui ecosistem este necesar sa identificam in primul rand speciile componente si efectivele lor, precum si modificarile care se produc in timp in structura lor. Cercetarea ecologica se realizeaza folosind atat informatii empirice cat si informatii rezultate in urma unor metode de cercetare stiintifica, statistica etc.* * 7

In urma acestei cercetari complexe membrii eehipei isi diferentiaza sarcinile pe eompartimente majore.

Sa consideram ca avem ca tema de studiu structura si dinamica unei populatii intr-un ecosistem antropic - calcul statistic.

Care este planul cercetarii:-identificam suprafata ecosistemului de cercetat pe care o notam cu S;-alegem suprafetele din care vom lua probe, notam cu s suprafata unitatii de proba.In acest caz pentru stabilirea populatiilor componente si mai ales a efecti velor acestora exprimatc

in numarul de indivizi / n r . trebuie sa prelevam:

N - - 1 unitati de proba

N ’ = numarul de indivizi / unitatea de probaMultimea relatiilor N ? privind numarul dc indivizi / unitatea de proba in cadrul unei populatii

din ecosistem reprezinta populatia statistica corespunzatoare definita de urmatorii parametrii:|i= m ed ia (in cazu l n o s tru m edia rea la a n u m aru lu i de in d iv iz i / m 2); G2= v a ria n ta (d o m en iu l rea l de im p ra s tie re al v a lo r ilo r in d iv id u a le ); a “ abaterea standard:

V= x 100 ; coeficientul de variatie;

V = populatia statistica corespunzatoareModalitatea practica de determinarc a parametrilor ce alcatuiesc populatia statistica:

110

a ) Se extrage o proba alcatuita dintr-un numar de unitati (n) mult mai mic decat numarul maxim (N\) care corespunde zonei de cercetare. Proba trebuie sa fie reprezentativa pentru populatia statistica. Marimea unitatilor de proba, depinde de scopul urmarit, grupul studiat, de distributia spatiala a elementelor; fiecarui cercetator ii revine sarcina ca pe baza observatiilor preliminare, sa aleaga cea mai buna solutie.'

b ) Din analiza celor n unitati de proba prelevate la un moment dat rezulta o multime n de valori privind n° de indivizi / unitatea de proba.

c ) Notam cu x variabila noastra si ordonam dupa marime cele n valori ale sale, alcatuind un sir de variatie.

Atunci cand amplitudinea domeniului este foarte mare, este necesar sa se imparta intr-un numar de intervale egale. fiecarui interval fiindu-i caracteristica o valoare centrala (x).

d ) Se transforma sirul de variatie intr-o distribute de frecvente, suma frecventelor este egala cun.

f fx fx‘

G 2 = \1

n = Z f 2 fx Z x 2 Z f x 2

e) Fiecarei distributii de frecvente ii sunt asociati tcrmenii fx, x2, si fx2, necesari pentru calcularea indicilor statistici ai probei.

media aritmetica & ^ S = ^ s2 a^atere stan^ard

Indicii statistici ai probei estimeaza cu un anumit grad de precizie dependent de numarul unitStilor de proba, parametrii populatiei statistice.

Pentru distributia de frecvente a probei se utilizcaza ca modele urmatoarele distributii teoretice:1. Distributia binominal pozitiva - reprezinta un model potrivit in cazul in care variatia este

semnificativ mai mica decat media ( cr2< p ). Este o metoda rar utilizata ca model pentru probele

analizate in cercetarea ecologica.2. Seria Poisson este folosita ca model

atunci cand varianta nu difera semnificativ de medie

( a2 ~ (J ).

3. D istributia binom inal negativa, este considerata ca fiind modelul cel mai adecvat in situatia cand varianta este semnificativ mai mare

decat media ( cr2> |j ), iar distributia spatiala a

indivizilor populatiei din care s-a extras proba este grupata.

4. Distributia ia in consideratie toate valorile posibile din cadrul domeniului de fluctuatie. Ea este reprezentata in general de un parametru masurabil (lungimea, greutatea indivizilor).

. . • •

• • • • • 4

•V

a Randomizat b Uniform c Grupat

Fig. % • T ip u ri de d is tr ib u te spatiala: a) random iza t; b )un ifo rm ; c) g ru p a t

111

Compararea probctor

Dupa ce s-au analizat probele prelevate si s-au calculat densitatile populatiilor identificate, trebuie sa se demonstreze ca valorile densitatii calculate pentru fiecare moment de prelevare a probei, sunt cu adevarat consecinta modificarii raportului dintre procesele care asigura intrarea si iesirea indivizilor la nivelul populatiei eercetate sau nu,

AIn acest sens formulam presupunerea ca una dintre solutii este adevarata. Aeeasta formulate

este cunoscuta in analiza statistica ca ipoteza de nul (H0). Prin ipoteza de nul presupunem de obicei ca probele nu se diferentiaza semnificativ si ca urmare mediile si variantele lor ar estima parametrii populatiei statistice.

L_Hq: \x\ - fi2i 0 2 i - 0 22

Pentru verificarea ipotezei de nul se folosesc teste de semnificatie, parametrice (cand se cunoaste faptul ca una dintre distributiile teoretice caracterizate anterior reprezinta modelul adecvat al probei) si neparametrice (acestea nu implica conditia de a cunoaste tipul de d istribu te care ar reprezenta modelul probei).

Prezentam cateva din cazurile in care ipoteza de nul este verificata aplicand teste parametrice.a) compararea a doua probe mari

Proba Ixi I indicii statistici calculatf Sfjni numarul de unitati de proba

Daca n si n0 > 50 se poate aplica teorem a limitei eentrale si atunci distributiile din care provin mediile aproximeaza distributia normala a populatiei si numarul de unitati de proba. Abaterile standard

ale mediilor sunt: V S ,2 /n , si respectiv V S 72 / n 2. Teorema limitei eentrale fiind aplicabila fiecarei

probe, distanta dintre mediile calculate are o d istribu te normala in jurul lui 0 , cu abatere standard egala cu abaterea standard a diferentei dintre medii. Atunci diferenta dintre mediile probelor (X, X2) se fala la ”d4t abated standard fata de 0 .

diferenta dintre mediile probelor x^x2 ^~ abaterea standard a diferentei -Js,2 / I S i / n-

Raportul d este o variabila normala cu media 0 si ia valori pozitive si negative.

Daca d > 1,96, ipoteza de nul cu privire la medii este respinsa ( Mi ^ M2 ) pentru nivelul de

semnificatie de 5 % si daca d > 2,58 ipoteza este respinsa pentru nivelul de semnificatie de I % (probabilitatea ca ipoteza de nul cu privire la medii sa fie adevarata este mai mica decat 0,05 si respectiv 0 ,0 1 ).

Pentru varianta ipoteza de nul este verificata aplicand testul F.

r» 2 1 tr - S 1 !r - T T unde variatia de la numerator este totdeauna > decat cea de la numitor.

• 2 |Valoarea calculata pentru F se compara cu cea care corespunde nivelului de semnificatie 5 % si

numarul gradelor de libertate: V = n, 1 pentru numerator si V, = n. 1 pentru numitor.

112

b) Compararea a doua probe mici care aproximeaza seria Posson ( oz = p ) cand varianta

nu difera semnificativ de medie.Daca ambele probe au produsul n ^ si respectiv n2m 2 > 30 atunci se aplica testul d;

m\ - m 2 _ ~ x 2 yjm ] / n] /+ m 2in 2 In ] + xi In.

unde m, si m., estimeaza parametrul din seria Poisson si m, = X, = S , 2 respectiv m, = X2 = S22.Daca (d) > 1,96 sau (d) > 2,58 ipoteza de nul este respinsa pentru nivelele de semnificatie de

5 % si respectiv 1 %.Daca testele sunt atat de mici incat m n si m 2n > < 30 atunci se aplica transformari le adecvate

(VX sau VX + 0,5 ) inainte de a folosi testele asociate distributiei normale.

Cand d (- 1,96 ; 1,96) diferenta nu este semnificativa si populatia se distribuie intamplator;d > -1 ,96 diferenta este semnificativa si populatia are distributieuniforma;d > 1,96 diferenta este semnificativa si populatia are distributie grupata.S-a stabilit un numar relativ mare de indici utilizati pentru determinarea si compararea tipurilor

de distributie spatiala in cazul populatiilor naturale.In tentativa de a gasi o cale ideala pentru rezolvarea problemei s-au avut in vedere cateva

criterii:• indicele ar trebui sa ia valori reale si continui pe intreg domeniul care ar include uniformitatea

ideala (numar egal de indicii in fiecare imitate de proba), distributia randomizata (S2 = X) si gruparea maxima (toti indivizii sc afla intr-o unitate de proba).

• ar trebui ca indicele sa nu fie independent de marimea unitatii de proba, de numarul unitatilor

de proba (n), de media probei (X ) si de numarul total de indivizi de proba ( Xx )

• sa se calculeze cu usurinta pornind de la un volum mare de date empirice si sa aiba o mare putere de rezolutie in compararea probelor care vizeaza aceeasi populatie sau populatii diferite.

In general populatiile naturale, vegetale si animale pot avea distributie spatiala sau grupata.Indivizii unei populatii pot avea distributie spatiala intamplatoare atunci cand pozitia in spatiu

a fiecarui individ este independenta de pozitia celorlalti indivizi. Aeeasta conditie este rar intalnita datorita modului de organizare al populatiilor naturale si relatiilor pe care acestea le au cu alte populatii sau factori abiotici din cadrul ecosistemelor. Complexitatea relatiilor din interiorul populatiilor natu- rale, a relatiilor interspecifice, precum si a relatiilor cu factori abiotici determina in marea majoritate a cazurilor o distributie spatiala grupata.

j ®I fietincli!- Exista o diferentiere in spatiu a densitatii ecologice si deci a efectelor factorilor dependenti de aeeasta si, ca urmare, pentru descrierea dinamicii marimii populatiei, se impune delimitarea in spatiu a gruparilor cu cat mai mare acuratete, precum si modificarile in timp a gradului de grupare.

113

IMPACTUL ANTROPIC ASUPRA ECOSISTEMELOR NATURALE

ImpGctuI on(rof»ic osupro •coslstemeler natural*

Sfi ne reamintim !

Traim in , cadrul naturii profund modifieate, ca urmare a activitatii omului;

B iosfera actual^ se deosebeste de biosfera secolului al X V III-lea cand fata P5mantului nu era brazdata de drum uri de fier si sosele» »asfaltate, cand atmosfera nu era poluata cu fiim de fabrica. gaze de esapament si alte substante chimice, cand apcle curgitoare si lacurilc nu erau locuri de deversare a deseurilor*industrial;

Omul a in terv.cn it in procesele din biosfera atat ca un constructor de ecosistem e $i peisaje, cat si ca un factor de perturbare a funetforiarii unor procese naturale, deosebit de im portante pentru viatS si economic (formarea resurselor naturale dc hrana. a minereurilor si energiei. ca si in ciclul apei).

Deteriorari ale mediului au existat in tot decursul trecutului geologic, fiind provocate de cauze naturale, cum ar fi sirul lung al cataclismelor consumate de istorie : seisme, dereglari climatice, furtunile de praf, eruptiile vulcanice, inundatiile, etc. Toate aceste deteriorari „naturale“ din trecut, unele cu efecte de amploare planetara, le putem intalni si astazi.

Orice fiinta vie intretine schimburi neintrerupte cu celelalte componente ale ecosistemului, fapt care produce m odificari perm anente in mediul ineonjurator. In cazul ecosistemelor naturale aceste modificari sunt, de cele mai multe ori, de proportii reduse si se petrec cu viteze mici, incat este posibil ca echilibrul ecologic sa fie oricand restabilit, pentru mentinerea intacta a structurii si functiunilor intregului sistem.

Intre om, ca de altfel intre toate vietuitoarele, si mediu are loc un permanent schimb de materie, energie si informatie.

In prima perioada de dezvoltare a societatii omenesti, omul a produs in mediu schimbari, indeosebi prin activitatea de procurare a hranei - in faza de culegator sau de pescar. In aeeasta perioada acti vitati le fiind reduse se incadrau perfect in ciclurile naturale, iar prezenta sa nu putea sa produca un dezechilibru ecologic.

Prima activitate umana care a afectat in mod deosebit mediul a fost agricultura, prin care unele ecosisteme naturale (mai ales paduri) au fost inlocuite cu agrosisteme(fig.97). Corelat, cu mijloacele simple de care dispunea, omul a produs la inceput modificari lente care au permis diferitelor organisme sa se adapteze. Ulterior, paralcl cu cresterea populatiei umane,

dar si cu d ezv o lta rea s tiin te i si tehnologiei, interventia omului in natura a produs schimbari din ce in ce mai profunde si mai rapide. Astfel

ajutorul focului, toporului si pluguluL omul a schitnbat fata lumir.

Uriasa prcsiune a omului s-a ex erc ita t, in d eo seb i, in u ltim ele d ecen ii p rin a c c e le ra re a industrializarii si a urbanizarii. prin

114

cresterea populatiei globului si prin risipa resurselor oferite de natura (combustibili, minereuri metalifere, de lemn, etc). Unele terenuri petrolifere vestite in primele decenii s-au epuizat si au fost parasite cu pamanturi ravasite, inutilizabile. Altele noi, le-au luat locul, intrand in productia mondiala ca fruntase : Orientul Apropiat, Africa de Nord, Canada, Nigeria, etc. In alte tari sondele si platformele litorale, exploateaza sub apa cantitati uriase de petrol. La fel s-au intensificat, in timp, exploatarile de minereu de fier, cupru, bauxita, etc. Toate aceste exploatari au avut loc atat in galerii de mina cat si la suprafata prin excavatii adanci si decopertari. cu inaltarea in apropiere a unor mari coline de pamant, pe care ani de-a randul nu a crescut nici un fel de vegetatie. La acestea se adauga exploatarea pe scara larga a rocilor de constructie. a lemnului padurilor si implicit sacrificarea florei si faunei aflate pe locurile cu cele mai intense activitati economice, un mai marc trafic al circulatiei, sub influenta covarsitoare a marilor centre urbane. Rezultatul acestor activitati este degradarea echilibrului natural foarte inalt pe anumite teritorii.

Daca oamenii au reusit ca in decurs de 35 de ani sa dubleze productia industrials, iar in 7 - 10 ani sa dubleze productia dc energie electrica, ei au fost si autorii unei serii intregi de actiuni distrugatoare. Astfel. ei au redus posibilitatile de autopurificare a biosferei, datorita marilor cantitati de substante toxice si reziduuri aruncate in natura (poluare); au provocat premizele unui dezechilibru in balanta oxigenului si ale reducerii ecranului de ozon, au poluat oceanele prin scurgeri masive de substante nocive pentru flora si fauna marina.

Prin impactul uman asupra mediului inconjurator.; intelegem toate modificarile, care se situeaza in afara legilor ecologice. suferite de mediul natural, ca urmare a activitatilor omenesti.

El poate fi exprimat prin re.la.tia: in care:

1 Impactul populatiei umane asupra mediului; N - numarul populatiei din ecosistemul considerat; q = cantitatea de substante pe cap de locuitor, care este dislocata, transformata, depozitata

DespSduririabuzive

Des^eienirea s.tepei silvQstepei.savanei

VSnat §i pescuit abuziv

Incendieri Introducers de soiuri de plante cultivate

Radiatii. Experiente nucleare

Zgomote cu intensitate mare

Degradarea mediului prin acjiuni antropice

Diverse constructs (civile, industriale)

Poluanti

Conflicte militare Cresterea necesarului alimentar

Modificari genetice

Fiu. 98 • D egradarea m ediului d a to rita im pactu lu i um an

115

Fie. 99 Poluarea apei

sau transportata in / din sistem; S = intinderea biotopului;6 = randamentul ecotehnic al activitatilor umane.

•)

Impactul este direct proportional cu numarul populatiei si - coneomitent - cu volumul activitatilor umane. El devine cu atat mai mare, cu cat populatia creste mai mult si totodata, cu cat activitatile umane implica consumuri mai ridicate de materie si energie. In acelasi timp im pactul este invers proportional cu marim ea biotopului, deoarece atat dislocarea unor cantitati de substante cat si depozitarea lor sunt cu atat

mai dezechilibrate pentru mediul natural, cu cat biotopul are o intindere mai mica.Formele sub care se prezinta impactul uman asupra mediului sau inconjurator sunt foarte

numeroase si variate (f!g98):defrisarile masive de paduri; desertificarea stepelor, destelenirile de pajisti;extensiunea eroziunii solurilor, care scoate din circuitul productiv sute de mi i de hectare; poluarea raurilor, lacurilor(fig.99), a apelor marine de pe platformele litorale; poluarea atmosferei in arealele marilor aglomerari industriale(fig. 1 0 0 ) si a marilor orase; distrugerea unor specii de plante si animale;extensiunea rapida a cailor de comunicatie moderne(fig. 1 0 1 ), care se intind ca o retea tot

mai dcasa;vanatoarea si pescuitul;pastoritul cu efecte profunde asupra ecosistemelor, etc.

Crearea de catre om a ecosistemelor antropice de tipul agrosistemelor, in care fitocenoza naturalaeste inlocuita printr-o vegetatie controlata, a privilegiat cresterea posibilitatilor de obtinere a unor resurse de natura vegetala mereu sporite, au stimulat productia vegetala, ea.utandu-se noi posibilitati de extindere a suprafetelor cultivate, cat si imbunatatirea randamentelor prin aplicarca unor tehnici perfectionate (mecanizari, chimizari, fertilizari, etc).

Padurile au constituit surse de lemn pentru; constructii, combustibil. fabricarea hartiei, a mobilei. Ele au fost exploatate fara discemamant, fara a se tine seama de dezechilibrele create in aceste ecosisteme, de rolul lor igienico-sanitar, element peisagistic, mediu de viata p en tru n u m ero ase spec ii de an im a le . P ad u rile influenteaza clima locala si regionala m oderand-o. Distrugerea lor duce la desertizare.

Domesticirea animalelor, ca si cultivarea plantelor s-a inscris in istoria civilizatiei printre cele mai insemnate actiuni ale omului indreptate asupra naturii.

M odificarea conditiilor naturale de viata ale animalelor, prin domestieire a dus la o dinamica numerica cu totul alta decat in starea de salbaticie. In timp ce in natura. fluctuatia numerica pe un teritoriu dat depinde de cantitatea de hrana in biotopul respectiv, conditiile de

116

hrana ale animalelor domestice sunt complet schimbate. Perfectionarea continua a metodelor zootehnice, a determinat, pe plan mondial, o evolutie ascendenta a septelului. Cu toate acestea resursele de origine animala sunt insuficiente datorita cresterii numerice a populatiei.

Datorita sporului demografic si civilizatiei umane, nevoia de peste a crescut,intensificandu-se simtitor pescuitul. Datorita supraexploatarilor, anumite zone care in trecut furnizau mari cantitati de peste, au devenit complet saracite. Este cazul sardinelor din Oceanul Pacific, care populau coastele americane din Alaska si pana la sud de California si altele.

In afara de pesti, numeroase alte specii din ocean prezinta interes: nevertebrate (tnidiile, stridiile, crevetii, crabii) si unele venebrate (balene). Acest pescuit salbatic, nerational si neeconomic determina scaderea numarului de vietuitoare chiar pana la disparitia unor specii.

Practicarea intensiva a vanatoarei a condus la rarirca simtitoare a populatiilor unora dintre animalele salbatice, anumite specii fiind chiar pe cale de disparitie. Se apreciaza ca in ultimele patru sute de ani au disparut complet peste 300 de specii, iar astazi sunt pe cale de disparitie 297 specii de mamifere, 359 dintre pasari, 187 dintre _____ _ _______________________ _

POLUAREA. AERULUI

v. v

W mStrat de

C&ax*tl .3e zxr+sok D t o x x l d t ; c a r b O i

si rr^tan

fteopa ; 4P / is. y A'. ,

wvliHi

reptile si amfibieni si 79 dintre pesti. iti&mmmP rin in tro d u c e re a de sp ec ii in

ecosisteme, fie intentionat sau neintentionat se pot genera cresteri neobisnuite ale numarului indivizilor acestora (explozie eeologica), ceea ce constituie adevarate catastrofe ecologice si economice.

Un ex em p lu de in tro d u c e re neintentionata este aducerea catorva tantari din specia Anopheles gambiae, vectori ai malariei, de catre o nava militara din Dakar (Africa de Vest) pe coasta rasariteana a Braziliei. Tantarii s-au raspandit in lungul coaste i, au patruns in in terioru l ta rii, producand o puternica epidemie de malarie in urma exploziei numerice a acestora.

O adevarata catastrofa s-a produs cand acum aproximativ un secol, afidul Phyloxera vitifolii a patruns din America in Franta, d istrugand culturile de vita pc suprafete imense. Atunci a aparut ideea de a altoi soiurile europene de vita pe cele americane rezistente la filoxera. Astfel a fost staviIita invazia acestui afid.

Un alt exemplu se refera la gandacul de Colorado (Leptinotarsa decemlineata), important daunator al cartofului. Aeeasta insecta are o mare raspandire si pana in prezent nici o metoda de combatere nu a reusit sa-1 distruga.

Introducerile intentionate de specii straine in diferite biocenoze s-au facut si se fac in cele mai diferite scopuri plante de cultura (alimentare, esente lemnoase, decorative), animale pentru scopuri alimentare, cinegetice, estetice, Efectele acestor introduceri de cele mai multe ori, sunt cu totul

O xizi d e

M e ta n

aa*

M c tanJ"

D ioxtd cte c a r b o n 5» ojlqh *

i Fig. 102 • Surse* dc poluarc

117

neprevazute, nedorite si pagubitoare atat pentru eeonomia umana, cat si pentru ecosisteme naturale corespunzatoare care se deterioreaza.

Deseori, vorbind despre impactul omului asupra mediului inconjurator, se fac referiri lapoluare. Ea reprezinta o modificare mai mult sau mai putin daunatoare atat pentru om cat si pentru speciile din ecosistemele naturale si artificiale, a factorilor de mediu (abiotic si biotic) datorita introducerii in mediu a poluantilor (deseuri ale activitatii umane fig. 102). Poluanti pot fi: substante chimice (pesticide, titei, gaze, substante organice), factorifizici (ealdura, radiatii ionizate. etc) sau biologici (germeni patogeni).

Fiind consecinta a activitatii umane, poluarea creste (in intensitate si complexitate) direct proportional cu cresterea numerica a omenirii, cresterea necesitatilor umane si dezvoltarea de noi tehnologii. Deoarece nu se cunosc in amanunt limitelc admisibile ale poluarii atat pentru securitatea omului cat si a securitatii principalelor ecosisteme ale ecosferei, exista o tendinta de subapreciere a efectelor acesteia. Aeeasta ignorare a importantei poluarii se datoreaza de cele mai multe ori lipsei unor efecte imediate asupra populatiilor ceea ce creeaza o falsa impresie a caracteruiui inofensiv al factorilor respectivi. Dar agresiunea omului asupra ecosistemclor naturale depaseste mult sfera poluarii. La aeeasta trebuie adaugata o serie de alte cai de deteriorare ca:

-extragerea din ecosisteme a unor eomponenti abiotici sau biologici;-introducerea de elemente biologice floristice si faunistice care due la schimbarea echilibrelor

ecologice, a structurii trofice. a producti vitati i biologice;-modificari ale unor intregi suprafete prin mari constructii sau lucrari hidroameliorative; -desfasurarea unor activitati generale ale omului afectand in diferite moduri cele mai variate

ecosisteme.Este foarte important sa tinem cont ca degradarea mediului este un fenomen deosebit de complex,

determinat de numerosi factori ecologici, economic!, sociali, politici.etc. care interactioneaza si care influenteaza printr-un proces de feed-back, multele si variatele sfere ale activitatii umane. De aceea, in conceptia ecologiei umane, mediul si toate activitatile economice sunt incadrate intr-o singura unitate sistemica in interiorul careia au loc toate schimburile de materie si energie.

1 Rctincti• A tata vreme cat sursele naturale pentru alimentarea proceselor economice specifice societali omenesti, cat si deversarea tuturor deseurilor si reziduurilor activitatii sale, nu au trecut de o anumita limita, sub care ecosistemul natural mai avea capacitatea sa proprie de redresare a echilibrului ecologic, nu a existat nici un pericol care sa tulbure relatia dintre om si mediul sau inconjurator. Dar, aparitia societatii de super-consum si a tendintelor de acaparare a resurselor terestre, determina aparitia »crizei ecologice“ Omul fabricand prea mult, consumand prea mult, eliminand prea mult ar putea sa-si puna in pericol chiar existenta sa, prin efectele propriului sau impact asupra naturii.

I /IPLICKT1E

1. Identificati in localitatea voastra efectele impactului antropic asupra peisajului natrural.2. Realizati diferite proiecte de mediu prin care sa propuneti atenuarea sau inlaturarea unor cauze ce determina deteriorarea echilibrelor naturale din localitatea sau imprejurimile localitatii voastre.

118

Evidentierea impaetuliii antropic astajsrt* ecosistem elor

Multi locuitori ai lumii au inteles pericolul degradarii mediului ambiant ca pe o amenintare a vietii, si-si manifesta ingrijorarea cerand mentinerea calitatilor mediului si a echilibrului naturii. Presa se alatura si ea, adesea, in favoarea acestei actiuni. Multe organisme internationale si organizatii ale societatii civile au convocat reuniuni cu participare mondiala pentru apararea mediului inconjurator si ocrotirea naturii.

In multe tari - inclusiv Romania - s-au luat masuri de prevenire sau de indreptare a situatiilor precare, intarite prin legiferari bine fundamentale. S-au initiat si promovat programe de cercetare stiintifica pentru cunoasterea si evaluarea starii habitatelor, a speciilor din flora si fauna salbaticS si a altor bunuri de patrimoniu natural. S-au promovat proiecte speciale desiinate ocrotirii si conservarii habitatelor naturale, biodiversitatii, restaurarii habitatelor deteriorate, refaccrii unor populatii viabile de specii amenintate cu disparitia. S-au intocmit planuri de management ale rezervatiilor biosferei si altele,

Prezentam mai jos metodologia de intocmire a unui proiect.Un proiect are 4 componente principale:L De ce? : O expunere a problemei rezolvabile. Contextul problemei2. Ce? : Reformularea problemei rezolvabile. Obiectivele muncii sau a ceea ce dorim sa reafizam3. Cum? : Metodologia care este folosita pentru rezolvarea problemei4. Evaluarea : Cum vom masura (evaluaj efectul sau eficacitatea proiectului. Care este cel mai

important lucru de masurat.La inceputul planului se pune titlul, numele si adresa. Dupa evaluare, se adauga o lista a

facilitatilor si resurselor pe care le avem ce vor fi necesare pentru proiectul in cauza precum si o programare a pasilor pe care ii vom face pentru a aplica proiectul propus.

Dezvoltand obtinem pentru:De ce? aeeasta components va trebui sa includa o simpla declaratie (de prefer at intr-o singura

fraza) stabilind care este problema. De asemenea se stabileste pe scurt originea sau istoria problemei, cum a aparut si cum afecteaza sanatatea subiectilor proiectul. Daca avem acces la statistici sau lucrari, studii, cercetari anterioare facute pentru aceeasi problema trebuie sa ne referim la ele pentru a sustine punctul de vedere. Stabilim scopul problemei si cum vom imbunatati sanatatea subiectilor.

Ce? - este important sa fim cat mai specifici si creativi posibil. Nu este suficient sa spunem ca vom face o serie de 1 0 conferinte ci trebuie spus cum se vor face efectiv, unde si cand vom face aceste conferinte, care va fi publicul caruia ne vom adresa, ce dorim sa transmitem.

Cum? in aeeasta sectiune va trebui sa descriem detaliile solutiei noastre. Va trebui sa fumizam cat mai multe informatii despre persoanele ce vor iucra la proiect si ce anume vom face. De exemplu: cum vom aduna persoanele cu care vom Iucra, cate persoane vor fi anchetate, daca vom folosi voluntari, cum ii vom selecta si pregati, cate sesiuni vom organiza, ce fel de materiale didactice vom folosi, ne vom folosi de evenimentele sociale, vom folosi piiante, cum le vom distribui, etc. (cu cat vom da mai multe detalii pentru fiecare pas al proiectului acesta va fi mai bun).

Evaluarea este o parte foarte importanta a proiectului Daca nu vom masura efectul a ceea ce am facut nu vom sti niciodata daca am rezolvat problema sau nu. Trebuie sa fim onesti si autocritici in evaluare. Nu trebuie sa ascundem daca am esuat in realizarea obiectivelor. Vom folosi aeeasta ca pe un proces de invatare, astfel incat nici noi si nici altii sa nu faca aceleasi greseli in viitor. Asadar evaluarea este masura suceesului sau esecul solutiei noastre, a problemei pusa spre rezolvare.

119

Septembrie

2007

O alta parte foarte im portan ta a metodologiei planului de masurare este o expunere separata a tuturor facilitatilor si resurselor de care avem nevoie pentru a term ina proiectul. Vom avea in vedere resursele locale disponibile (resurse umane precum si fondurile si resursele naturale). Vom incerca sa includem tot ce vom avea nevoie pentru realizarea planului proiectului. In situatia in care descoperim ca unele resurse nu sunt disponibile se discuta cu colaboratorii si cu ceilalti partic ipan t la workshop, existand posibilitatea ca unul dintre ei (sau mai multi) sa vina cu resursele

necesare.Este important de asemenea sa facem un program precis pentru a sti cand acesti pasi diferiti vor

avea loc in proiectul propus. Se va stabili durata proiectului, responsabilitatile si finalul proiectului.Prezentam in figura 103 un exemplu de planificare; (pot fi folosite si alte moduri de programare

care pot fi la fel de bune):Se va introduce in planul proiectului o metoda prin care se masoara eficacitatea proiectului in

saptamanile si lunile care urmeaza.

Fig. 103 • E xem plu de p lan ificare

EFECTELE DETERIORARII ECOSISTEMELOR ASUPRA SANATATII UMANE

Sfi ne reaminlim !

Aspectul functional al ecosistemelor antropice se modifies extrem de rapid datorita interventiei umane, care s-a intensificat in prezent, devenind pe alocuri hotaratoare;

Poluarea prin toate formele ei, modifica elementele mediului natural;Dercglarea unui element al naturii se rasfrange asupra intregului geosistem distrugand pana

la anularea posibilitatilor de vietuire;Toate acestea au avut si au o influenta nefavorabila asupra sanatatii oamenilor

Starea de sanatatc a oamenilor ce populeaza un anumit ecosistem antropic reprezinta un criteriu important de caracterizare a acestuia si reflecta corelatia dintre multitudinea si amplitudinea modificarilor antropice si manifesterea unor diverse maladii ce afecteaza populatiile umane

Starea de sanitate a populatiei umane se situeaza. in prezent, la nivel superior fata de trecut, indeosebi prin reducerea mortalitatii (generate si infantile) si prin prelungirea duratei medii de viata:

120

7 0 -7 2 ani la barbati si 74 - 76 ani la femei (in tari dezvoltate). De asemenea, au scazut imbolnaviriie prin boli infectioase siparazitare etc.

Starea de sanatate a populatiei lumii nu multumeste insa din toate punctele de vedere. O mare proportie a populatiei adulte si varstniee este suferinda de boli cronice si degenerative, iar o proportie din ce in ce mai mare a populatiei tinere sufera de Tmbolnaviri mergand uneori, pana la deees prin manifestari morbide acute, cronice si prin accidente. Bolile psihice au o feeventa mai mare in prezent, dupa estimarile unor specialists ca urmare tocmai a unor complexe ecologice necorespunzatoare ale populatiei umane actuale.

Un factor important care a detreminat deteriorarea ecosistemelor naturale si implicit deteriorarea sanatatii umane este civilizatia, adica tchnicizarea si urbanizarea.

Centrele urbane prezinta o serie de factori ecologici negativi caracteristici: aglomeratia. zgomotul, ritmul trepidant, stress-urile psihice, sedentarismul, poluarea cu toate formele ei: fiziee, chimice, biologice, etc. Acesti factori determina cresterea frecventei accidentelor, bolilor pulmonare, cardiovasculare, tuniorilor, bolilor neuropsihice si psihosomatice. Statisticele arata ca anumite cazuri dc boala si deces au o frecventa mai mare in epoci si zone caracteristice dezvoltarii tehnice. Suplinirea de catre masini a miscarii si a muncii fiziee, alaturi de factorii cnumerati determina cresterea numarului de im bolnaviri in anum ite dom enii ale patologiei umane, cum ar fi tum oriie m aligne.bolile cardiovasculare, bolile de nutritie(fig. 104), de respiratie, cariile dentare etc.

Corelatiile stiintifice si comparatiile intre diferite gmpe de populatie arata, adeseori, ca civilizatia. in genere modul de viata al lumii contemporane evoluate prezinta aspecte negative care se rasfrang asupra sanatatii. desi nu trebuiesc neglijate avantajele si beneficiile progresului tehnic. M ortalitatea populatiei urbane este mai mare decat a celei rurale (fenomen accentuat la inceputul revolutiei industrials pana in anul 1900). Astazi. prin reducerea diferentelor intre mediul urban si cel rural, prin atenuarea aspectelor negative ale oraselor (uneori prin introducerea acelorasi elemente negative la sat), starea dc sanatate tinde spre egalizare. Cand diferentele sunt mai mari si starea de sanatate difera. Pe ansamblul populatiei. al morbiditatii si mortalitatii generate exista oscilatii dc la o tara la alta, de la o epoca la alta si chiar de la o categorie de orase la alta. Densitatea mare a populatiei, migratia excesiva, navetismul, poluarea, lipsa de echipare edilitara, defieiente de asistenta edilitara etc, determinS

ffiKJLE CARDJACE

u iddodo■ grupa 6 t 3S-64 * . j t k in

CM *

200 250

50-100Scorbut S*ribe ri

v itjrm o fl A

f ig. 104 • M ediul in co n ju ra to r si bolile

121

cresterea morbiditatii si mortalitatii. Dimpotrivaconfortul tehnic, asistenta medicala, protectia mediului, etc, amelioreaza indicatorii de sanatate. In functie de modul in care orasele mici si mediul rural asigura conditii edilitare superioare, alaturi de conditii naturale nealterate, starea de sanatate a populatiei din aceste asezari se prezinta la nivel superior. In unele tari in curs de dezvoltare insa, urbanizarea se caracterizeaza prin preponderenta unor deficiente tehnice, cu consecintele nefavorabile respective; in tarile dezvoltate, migratia, poluarea, etc, determina de asemenea conditii inferioare, mai ales in cartiere si imprejmuiri.

0 atentie deosebita trebuie acordata perioadelor de tranzitie. Tarile in curs de dezvoltare prezinta diferente mai mari intre urban si rural, industrializarea si urbanizarea exercitand un impact mai socant (prin neadaptarea initiala), resimtit mai ales la barbati.

In ecosistemele antropizate se resimt - intr-o masura mai mare sau mai mica, influenteie exereitate asupra sanatatii oamenilor de diferitele categorii de factori fizici, chimici. biologici,psihosociali,<ztc>

Factorii fizici ce produc imbolnaviri si decese ale populatiei umane sunt: mecanici' climatici, electrici, radioactive etc. iar provenienta lor poate fi atat naturala cat si artificiala. Efectcle lor asupra organismului sunt in cele mai variate expresii, de la traumatisme usoare pana la moarte instantanee. Masinile industrials si agricole - cu toate masurile de protectia muncii, produc accidente. Mijloacele de transport mecanizat (in special rutier) produc un numar mare de accidente cu sau fara urmari deosebite: hemoragii, fraeturi, sectionari de nervi, de tendoane sau afeetiuni ale unor organe vitale (inima, plamani, ficat).

Oscilatiile sonore (zgomotul) afecteaza o mare parte a populatiei contcmporane indeosebi a celei urbane. Aeeasta noxa este eonsiderata printre cele mai importante din epoca actuala. Actiunea nociva a zgomotului se exereita in primul rand asupra organului speeializat - ureehea si apoi prin intermediul sistemului nervos central asupra viscerelor si glandelor endocrine ( fig. 105).

De asemenea zgomotul determina leziuni vasculare, tromboze, hemoragii capilare, hipertensiune, contractii ale tubului digestiv etc.

Vibratiile insotesc zgomotele, accentuand efectele acestora prin afectarca S.N.V., organelor locomotorii, etc., sub forma de tulburari vasculare trofice. degenerative si nevrotice.

Ulirasunetele exereita efecte distrugatoare asupra urcchii, sistemului nervos, pielii sangelui si constau in hemoragii, edeme, degenerscenta, scleroza, etc.

Radiatiile influenteaza putemic sanatatea umana putand provoea boli si chiar decese. Radiatile ultraviolete, prin actiunea fotochimica, pot provoea arsuri ale pielii, insomnii, agitatii, inflamatii conjuntivale, etc. Ele sunt rau tolerate de hipertensivi, cardiaci, bolnavi febrili, hipertiroidieni.

Radiatiile laser, radiatiile determinate de emit atari de inalta frecventa si campurile electromagnetice de inalta frecventa, influenteaza organismul uman. Efectele lor indeosebi al microundelor, se localizeaza asupra SNC, S.N. V, aparatului circulator, glandelor endocrine (tiroida,

Treapta 1 Asigurarea supravie^uirii Interferen^a comunicSrii Pierderea permanent a auzului

Treapta a lll-a Men|inerea randamentului superior Stress mental Interferenta activitatilor comunic^rii, somnului

Treapta a IV-a Protectia conforti bunei dispozltii

IncSlcarea intimit Distragerea aten Oboseaid

Treapta a ll-a Prevenirea leziunilor Stress neurohormonai Pierderea temporary a auzului

Fig. 105 • T rep te ale efectului zgomotului

122

carferea parului

distrugereacortexufui(tufounSrinervoase)

cancer tiroidian

.. ta ra d i

sistemuluirmunita*-

cancelmamar

cancerrenal

afeetiunidigestive

congeniiate

Fig. 106 • Efectele irad ie rii

gonade) sistemului hematopoetic, sangelui, etc.Telefonul, televizorul si alte aparate electrocasnice emit radiatii electromagnetice.

E fec te le poluarii radioactive (fig .106)depind de doza, de segmcntul invadat,etc. constand in leziuni si modificari patologice mai mult sau mai putin importante: aparitia de tumori sau maladii genetice determinate de modificari ale structurii si functiilor ADN.

M in erii ca re lu c reaza la e x tra c tia minereurilor radioactive constituie categoria cu cea mai importanta expunere profesionala, riscul de imbolnavirc prin cancer bronhopulmonar fiind foarte mare.

Energia nucleara este folosita in m aunulte domenii ale industriei. Rezultatele acesteia sunt atat de eficiente si promitatoare incat se considera ca „era nuclcara“ deschide noi orizonturi, atomul fiind cel mai important dintre toti factorii care evolutioneaza tehnologia, Optimismul omenirii este insa rezervat datorita riscului de poluare a mediului in conditiile functionarii anormale a instalatiilor nucleare sau in eventualitatea unor accidente(fig. 107) se pun deci in discutie aspectele privind beneficiul si riscul pc care il implica extinderea utilizarii energiei nucleare (fig. 108).

Omul se afla intr-un schimb permanent cu mediul, preluand si eliminand agenti chimici.Patologia chimica priveste toti factorii de mediu (aer, apa) alimentele. etc. ca si toti com ponents organismului. adica substantele biogene (minerale sau organice) si in plus numeroase substante straine de organism, in modul cum se asigura raportul dintre organism si mediu se pot produce modificari patologice diverse. Dintre acestea mentionam, ca fiind foarte frecvente. intoxicatiile determinate de diferiti poluanti: metale grele, oxizi,acizi. baze, saruri, pesticidc, alcool. medicamente, tutun. Patologia chimica mai poate fi completata cu alte boli de origine organica cum sunt bolile endocrine si metabolice.

Spre deosebire de contaminarea cu substante chimice proprie civilizatiei industriale, posibilitatea eontaminarii cu microorganisme a aparut odata cu alimentul insusi. Poluarea biologica implica si ea o serie de riscuri pentru consumator si altereaza calitatile nutritive ale alimentului.

Consecintele eontaminarii sunt foarte diferite. in functie de natura microorganisiriului, eoncentratia lui sau a toxinelor elaborate de alimentul contaminat, natura tratamentului culinar efectuat (afumat, sarat, condimentat).

m arc p a rte a Europci

123

Iradiere medicals Tratament diagnostic Televiziune Tn culori Program© educative, $tiri §i informatii, divertisment Energie nuclearS Electricitate ieftinS, Redu­cerea poludrii aerului. Defectoscopie Fisuri Tn metalurgie (prevenirea accidentetor)

CuptoarePreparare mai sigurS $i mai rapidS a alimentelor Radiatii U V Sterilizare in spitale RadarTransport mai sigur LaserComunicatii mai bune Radioizotopi Diagnostic §i tratament SursS de energie pen­tru cord artificial

CancereLeucemii, tumori osoase Carcinom pulmonar, cancer tiroidianOpacifierea cristalinului Scurtarea duratei de viaJS Leziuni Tn uter Mongolism, microcefalie, cancere Mutatii genetice Decese fetale §i infantile. Malformatii fizice^i deficiente mentale

Beneficii Riscuri

Tn generalTmbunStStirea sSnStStii. d is tra c t ServiciiAvantaje modeme, cre§teraa populatie

Boli §i suferintS Decese timpurii Malformatii

Fig. 108 • Beneficii si r iscuri ale utilizarii energiei nucleare

Bolile care se transmit mai frecvent de la animal la om prin intermediul produselor alimentare sunt; salmonelozele, tuberculoza, bruceloza, infectiile cu stafilococi, dizenteria bacteriana, febra aftoasa, antraxul, botulismul, etc.

Raporturile dintre populatia umana modema si mediul artificial de viata sunt determinate in prezent si de mijloacele de asistenta medieala si de tratament, imdeosebi de medicamente. Efectele benefice ale medicamentelor sunt incontestable, dar consumul exagerat, nejustifieat, fie ca reprezinta un mod de etalare al bunului trai, fie ca este expresia unei anumite metode terapeutice, are implicatii de ordin general din cele mai grave. Aparitia patologiei medicanientoase ca problema majora a medicinei modeme obliga societatea la adoptarea unor masuri care sa mentina echilibrul intre consum de medicamente sanatate, in limite relativ normale. Masurile care se iau sunt variate, in functie de stadiul de civilizatie, gradul de industrializare, tipul sistemului social politic al societatii respective. Elibcrarea tuturor medicamentelor sau numai a celor cu potential toxic se face pe baza de prescriptie medieala, masuri severe de evidenta si control ale elaborarii prelucrarii, manipularii si administrarii substantelor care pot produce toxicomani.

Farmacodependenta are diferite domenii de aplicare in practica de catre publicul larg, consumator de medicamente.

O categorie mare de bolnavi foloseste tranchilizante hipnotice care reduc intensitatea stresului, altii uzeaza de medicamentele antireumatice, antiinfectioase, hormonale, stimulente ale altor functii, etc. Dar organismul nu poate ramane indiferent fata de aceste substante straine, chiar daca dozele folosite nu ating nivelul toxic. In cazul folosirii unora se produce obisnuinta, alteori efectele negative se pot extinde si traduce pentru o serie infinita de manifestari de la mici stari de indispozitie pana la manifestari teratogene si cancerigene.

Progresele tehnico-stiintifice din ultima perioada au dus la importante modificari, atat de ordin cantitativ cat si calitativ, al reactivitatii umane. Complexul de reactii tisulare si umorale declansate de diversi factori nocivi (microbieni, toxici, chimici, mecanici) si reactivitatea umana constituie un mod dc manifcstare mai mult sau mai putin localizat, a unui proces unitar bioumoral cu importante implicatii morfofunctionale.

124

Impactul vietii sociale, accelerarea ritmului existentei umane, cu profunde modificari de mentalitate si cu roluri determinante de evolutiile sociale, revolutia tehnico-stiintifica, noile orientari in educatie, explozia informationala necesita solicitari ce pot deveni patogene.

in regiunile de mare aglomerare urbana, cu mobilitate exagerata a populatiei si un mare procentaj de populatie care traieste izolata s-a observat o rata marita de sinucideri. Celula familiala devine mai instabila, cresc nevrozele, starile reactive, depresiile, ca si fenomenele dezadaptative ca vagabondajul, tulburarile de comportament ale copiilor si adolescentilor, instabilitatea profesionala, alcoolismul, delicventa juvenila si intarzierea scolara, au o frecventa crescuta in marile orase. Categoriile cele mai vulnerabile de populatie fata de procesul urbanizarii sunt copii, adolescentii, batrani i si handieapatii mintal. Abuzul exagerat de informatie duce la oboseala, irascibilitate, insomnie, anxietate, etc. O alta sursa de expunere o reprezinta stimulii vizuali excesivi cum ar fi programele TV jocurile pe calculator,etc.

Industrializarea a creat un nou tip de activitate umana si un nou mediu, mediul industrial ce a dus la restructurari importante ale ambiantei fiziee a vietii sociale. Dimensiunile exagerate ale halelor. zgomotele, viteza de desfasurare a muncii, solicitarile specifice ale unor profesiuni pot duce la cresterea de boli psihosomatice.

Dezorganizarea familiala si sociala determina o crestere semnificativa a procentajului de imbolnaviri prin tuberculoza, tulburari psihice, boli cardiovasculare iar, asupra copiilor apare un rise important de tulburari de comportament si personalitate datorita carentelor afective si educationale.

Printre factorii cu potential patogen a fost inclus si ,jtresul cultural“ in cadrul caruia s-au evidentiat trei categorii de cauze:

-elemente de mediu cultural: excesul de tabu-uri, saturatia de valori, polimorfismul cultural, sistemul cultural al sentimentelor si structura de baza a personalitatii;

-aspecte de structura sociala (slabirea sau disparitia unor norme sociale rigiditate sociala); -alte diferite tipuri de schimbari.

t . Relineti !i fCivilizatia creeaza sau accentueaza conditii favorizante pentru cresterea morbiditatii si

mortalitatii printr-o serie de boli si tototdata, ofera conditii de mediu superioare fata de trecut. Realizarea unor ecosisteme umane cu cat mai bune conditii tehnice si diminuarea masurilor nocive ar putea imbunatati calitatea vietii si sanatatea umana.* Profilaxia bolilor legate de civilizatie (urbanizare, industrializare) imbraca un caracter dominant, la care insa poate sa-si aduca contributia si fiecare individ. Caracterul ecologic complex al acestei patologii presupune o profilaxie prin ameliorarea ecosistemelor umane, problema in plina desfasurare la nivel mondial.* De aceea OMS (Organizatia Mondiala a Sanatatii) a subiiniat recent cercetarile experimentale si clinice, menite sa identifice toate mijloacele si tehnicile de protectie antistres, care pot apara individul impotriva dezvoltarii unor reactii patologice in confruntarea cu lumea exterioara.

1 /IPLiCfcTII

• Identificati agentii patogeni si sursele de contaminare a alimentelor.• Stabiliti masuri de prevenire si combatere a acestora.

125

UVING TOGETHER WITH NATURE

s---------- ’ I

m m m v m m re sc irse lo r natci- RflUE SI & EfODIVERSITflTII

Cotisarvarse resurselor naturale si & .

biecliversit&tii

$S ne reamintim !

A CtlUlft

b io s fe r e i ai

a) distn u m eric# a p o p u la tii lo r si speciilor. deserestcrea biomasei p e rtu rb a re a si lich id a re a biocenozelor naturale:

b) construct]v cresterea n u m e ric a a p o p u la tii lo r si speciilor. cresterea biom asei, reglarea cite ten tsi a biocenozelor si formarea de biocenoze noi.

i

Sensul ac tiu n ii o am en ilo r asupra n a tu rii este determinat de necesitatile economiei, sanatatii publice si culturii. Deoarece diversele ramuri ale activitatii social- economice si culturale au interese deosebite si actioneaza deseori izolat unele de altele, determina o lipsa de unitate in actiunile oamenilor asupra naturii.

Economia tinde sa utilizeze la maximum resursele naturale din biosfera. Cresterea necontenita a populatiei umane, prin scaderea ratei mortalitatii datorita progresului medicinii si a ridicarii standardului de viata, precum si cresterea fireasca a necesitatilor, a pretentiilor oamenilor, reclama utilizarea sporita a resurselor de energie disponibile in materialul vegetal si animal, in apa si sol.

Agricultura reclama noi terenuri arabile ceea ce inseamna lichidarea unui numar important de ecosisteme

naturale, in special a padurilor.Zootehnia tinde spre marirea productiei de

came. lapte, lana. de unde necesitatea extinderii pasunilor. de asemenea in dauna padurilor.

Dar, industria lem nului, a b lanurilor. eco n o m ia v an a tu lu i s ilv icu l tura u rm a re sc mentinerea padurilor, a fondului de lemn si animale de vanatoare.

Industria chim ica urm areste utilizarea materialului vegetal si animal pentru extragerea de materii prime si medicamente.

Urbanizarea, constructia dc poduri, sosele, cai fe ra te lich id eaza pe su p ra fe te in tense ecosistem ele naturale si nici nu contribuie la formarea dc ecosisteme de cultura.

Industria energiei electrice pe baza de hidrocentrale produce schim bari profunde in structura ecologica a apelor continentals, perturbs pescuitul, in timp ce piscicultura cauta sa menlina fondul de pesti.

S an a ta tea p u b lica rec lam a o c ro tirea ecosistem elor naturale, ca loc de refacere si

126

recreere. Dar tot interesele sanatatii umane cer lichidarea focarelor naturale de infectie cu virusuri,) ibacterii, ciuperci, protozoare periculoase pentru om.

Si totusi aceste interese diferite ale economiei, industriei, sanatatii si culturii nu sunt dc neimpacat, ele putand fi conciliate si subordonate aeeluiasi scop umanist(fig. 109)

Ocrotirea naturii sau conservarea naturii este disciplina ecologica aplicata care urmareste rationalizarea utilizarii resurselor naturale, salvarea biocenozelor naturale de distrugere, pastrarea unor monumente ale naturii, pentru ameliorarea bunastarii umane.

Necesitateaprotejarii si conservarii sistemelor ecologice poate fi argumentata atat prin analiza acestora, independent de om , cat si prin luarea in considerare a intereselor omului:

-in natura toate speciile sunt im portante, avand un rol bine stabilit in structura si functionarea ecosistemelor;

-diferitele categorii de organisme sunt legate intre ele prin relatii trofice , de aparare . de reproducere, etc., disparitia sau inmultirea exagerata a unei specii antrenand modificari ale efectivelor altor specii;

-substantele chimice introduse de om in natura modifiescircuitele biogeochimice ale elementclor minerale, determina aparitia de noi circuite;

-efectele unor substante toxice se%resim t la m are d istan ta de locul de producer©;

-p rin m o d ific a re a s tru c tu r ii biotipului si a biocenozei sunt afectate nu num ai de s tru c tu ra ci si fu n c tii le ecosistemelor:

-efectele de la nivelul ecosistemelor se ex tind la n ivelul com plexelo r de ecosisteme si al ecosferei, etc.

Scopurile ocrotirii resurselor naturale sunt:

1 ) asigurarea utilizarii rationale, conservarii si refacerii resurselor naturale;2 ) ocrotirea mediului natural de viata al omului aerul, apa si solul de poluarea rezultata in

urma activitatilor umane (fig. 1 1 0 ) si de contaminare cu agenti patogeni:3) conservarea si infrumusctarea peisajelor naturale;4) conservarea monumentelor naturii de o deosebita frumusete si insemnatate stiintifica - specii

rare de plante si animale, terenuri bogate in minerale, pesteri si alte formatiuni naturale.Toate aceste masuri trebuie fundamentate pe o profunda si ampla cercetare stiintificS, in fata

careia ocrotirea naturii ridica o serie de probleme pe cat de importante pe atat de complexe.Ocrotirea, chiar si a unei singure specii de plante sau animale, nu poate fi rupta de ocrotirea

mediului sau, de conservarea biocenozei din care face parte. Numai mentinand structura biocenozei in care este posibila vietuirea normala a indivizilor speciei respective, conservand factorii care asigura realizarea densitatii optime, specia declarata monument al naturii poate supravietui. De exemplu, nu vom putea conserva eerbul earpatin fara sa conservam molidisurile si plaiurile de munte.

Ocrotirea naturii nu poate fi rupta de protectia plantelor de cultura. deoarece exista o stransa interactiune a biocenozelor de cultura cu cele spontane.

1) conservarea si ameliorarea pasunilor este procesul opus al degradarii vegetatiei si solului si se poate realiza prin rationalizarea pasunatului, in urma cercetarilor si evaluarilor efectuate s-a ajuns la concluzia ca numai jumatate din productia anuala a pasunii poate fi eonsumata de vite fara afectarea producti vitati i biologice primare a ecosistemului. De asemenea se recomanda evitarea unor densitatii

127

ridicatc ale vitelor la hectar de pasune, pentru a prevenii degradarea solului prin batatorirea prea puternica cu copitele.

2 ) distrugerea padurilor (fig. 1 1 1 ) pe scara larga este urmata de aridizarea ciimei si de eroziunea solului. Asa s-a intamplat la noi cu stejarisurile din regiunea de dealuri a Muntcniei si M oldovei, cu molidisurile din Carpati pustiite in secolele XIX si XX, etc. Nici un alt tip de ecosistem natural nu a suferit atat de mult de pe urma actiunii omului ca padurca. Litcratura mentioneaza o multime de efecte negative nebanuite initial prin distrugerea acestora: cand oamenii au despadurit Grecia, Asia Mica si alte regiuni pentru a dobandi teren arabil nu banuiau ca au pregatit terenul pentru actuala pustiire a acestor tari: cand s-au taiat padurile de conifere, italienii din regiunile alpine nu si-au dat seama ca astfel distrug radical cresterea vitelor in regiunile lor, ca izvoarele de munte vor fi lipsite de apa mare parte din an, sau ca atunci cand vin ploile ele vor forma siroaie (torente) care vor produce inundatii

asupra sesului.Ocrotirea padurilor de exploatarea salbatica a

acestora, sc poate face prin legi si educatie ecologica.Un alt pericol pentru paduri il constituie atacul

daunatorilor. Cele mai susceptibile paduri fata de invazia d au n a to rilo r sunt m o n o cu ltu rile pure, ecosistemele dominate de o singura specie de plant! lemnoasa. Acestea pot fi aparate. de speciile mai putin sensibile care constituie o piedica in calea daunatorilor. Masurile recomandate de ecologic pentru ocrotirea padurilor de daunatori sunt: evitarea plantarii de

monoculturi, inconjurarea m olidisurilor pure cu paduri mixte cu rol de tampon, ocrotirea pasarilor insectivore. etc.

3) in ceea ce priveste ocrotirea vanatului, se recomanda ca vanatoarca sa actioneze ca un factor al reglarii biosistemelor rapilor - je rtfa , sa tinda spre conservarea mediilor si nu spre perturbarea acestora prin distrugere. In prezent ocrotirea vanatului este problema dc interes mondial,, existand si o organizatie specializata in ocrotirea speciilor de animale periclitate- Fondul Mondial de Animale Salbatice, cu sediul la Zurich (Elvetia);

4) ocrotirea ape lor continentalc consta in evitarea poluarii acestora si a catastrofelor provocate de constructiile de diguri si hidrocentrale. Nu trebuie sa se renunte la hidroccntrale ci, este nevoie dc elaborarea unor proiecte care sa tina seama de amplasarea acestora in locuri care nu afecteaza prea putemic structura ecosistemelor din jur;

5) ocrotirea pescuitului mai in se bazeaza pe cunoasterea relatiilor intre pesti si plancton. pc mentinerca piramidei ecologice.etc.;

6 ) pentru dirijarea ecosistemelor de cultura intr-un sens util omului, este nevoie de cunoasterea mecanismelor fundamentale ale acestora. Acest lucru se realizeaza prin ocrotirea unor ecosisteme naturale fara valoare economica intrinseca, ci in interesul stiintei si economiei. Numai in asemenea ecosisteme, netulburate de agriculture, vanatoare, pescuit, etc ne putem da seama de amplitudinea conexiunilor biocenotice naturale, de mecanismele fundamentale ale dinamicii populatiilor, autoreglarii. etc. Aceste date servesc ca elemente ale unui experiment ecologic de proportii mari. Oricare experienla are nevoie de un martor, de un lot de obiecte care nu sunt supuse experimentatorului, lot care permite aprecierea modului de desfasurare spontana aprocesului.

Teritoriile in care se pastreaza sub protectia legii ecosisteme naturale, cu intreaga lor flora si fauna spontana, sanctuare si refugii ale naturii in mijlocul peisajului civilizat sunt rezervatiile naturale si parcurile nationale (fig. 1 1 2 ).

128

in tara noastra, prin decretul 237/ 1950 au fost declarate monumente ale naturii 65 de terenuri rezervatii naturale, insumand o suprafata totala de 27 000 ha, 16 specii de plante si 22 specii de

animale. Aici se mai adauga rezervatiilc dc vanatoare si cele forestiere, apoi ocrotirea unor specii de pesti. pasari si mamifere prin legea vanatorii.

Organizarea ocrotirii naturii, in fiecare tara si pe plan global apare ca o problema complexa si de mare raspundere a fiecarui stat in parte, cat si a comunitatii Internationale.

Generalizand - modul cum este organizata in prezent ocrotirea naturii in diferitele state si pe plan global - putem desprinde cateva cai principale de solutionare diferita a problemei.

Prima cale ar fi de identijicare si delimitare a ohiectivelor ce urmeaza a fi.ocrotite: ecosisteme cat mai nealterate cuprinzand o mare diversitate de specii, complexe de ecosisteme (biomi) cu toate zonele de tranzitie intre ele, specii rare, pe cale de disparitie sau deosebit de valoroase stiintific, economic, sporti v, estetic. exemplare izolate ale unor specii, remarcabile prin varsta sau dezvoltarea lor, z a c a m in te fosilifere de mare valoare stiintifica; are loc legiferarea ocrotirilor, se iau masuri organizatorice si tehnice, mergand pana la organizarea pazei, menite sa le fereasca de impactul activitatilor umane.

in acest caz se actioneaza pe principiul izolarii obiectivelor ocrotite fata de influenteie oamenilor. Astfel obiectivele ocrotite pot fi foarte diferite ca dimensiuni, grad de izolare si de protectie: parcuri nationale, parcuri naturale, rezervatii naturale, rezervatii stiintifice, rezervatii ale biosferei, monumente ale naturii.

O a doua cale consta in ocrotirea globala a ecosferei de pe teritoriul fiecarui stat si pe plan planetar prin colaborarea internationals Desigur pe aeeasta cale nu poate fi vorba de izolare, ci in acest caz trebuie pastrate cat mai nealterate conexiunile din ecosfera si dintre elementele ei componente, spre a asigura stabilitatea conditiilor de v ia ta sau daca este p o s ib il, sa duca la ameliorarea lor. Cea mai importanta masura in acest caz, consta in supravegherea starii ecosferei, care se realizeaza prin inregistrarea continua sau cu o anum ita period ic ita te a starii com ponentilor esentiali ai ecosferei, atat nebiologici cat si biologici(asa numitul m onitoring ecologic si genetic). I m . parCul NationalPentru aeeasta se organizeaza o retea nationala si 1----------------------------------------------------------------intemationala de statii, dc diferite grade de complexitate (aerofotogramelria, supraveghere din sateliti etc), in carc se inregistreaza compozitia si temperatura atmosferei, structura solului, starea apelor, precum si a biocenozelor, prin supravegherea atenta a populatiilor de plante si animale selectate in vederea monitoringului,

Scopul acestei supravegheri este de a sesiza la timp schimbarile care intervin in mediul abiotic sau in starea biocenozelor, spre a putea intreprinde masurile necesarc in limp util.

A treia cale esteprevenirea si combalereapoluarii mediului, care implica masuri administrative, organizatorice, tehnice, sociale,etc. Organizarea si eftcienta acestor masuri trebuie sa pomeasca de la cunoasterea cat mai precisa a efectului nociv al poluantilor, elaborarea unui sistem obiecliv de apreciere a gradului de poluare etc.

Pentru buna functionare a tuturor acestor cai, o importanta deosebita o are sistemul educational al intregii populatii, de la copii pana la factorii de decizie. Acesta are rolul de a dezvolta constiintaecologica a oamenilor, in asa fel incat, fiecare om, sa devina constient de locul si rolul sau in natura si’ j i *societate, de raspunderea pe care o are in fata generatiei sale si a celor viitoare pentru pastrarea

129

bogatiilor si frumusetilor naturii, a conditiilor care determina calitatea vietii. Deteriorarea ecosferei nu este ingradita in limitele unui stat, ci se impune colaborarea intemationala in problemele ocrotirii naturii si in primul rand in elaborarea si aplicarea unei strategii globale in acest domeniu.

Mai multe organisme intemationale se preocupa de aceste probleme. Mentionam: Uniunea Intemationala pentru Conservarea Naturii (U.I.C.M.) si Programul International Om - Biosfera (Man and Biosfera - M AB), Programul Natiunilor Unite pentru Mediu (P.N.U.M), Fondul Mondial pentru Natura, etc.

Fiecare stat are legislate si organizare proprie institutional^ pentru detenninarea starii biotopului si biocenozelor, a gradului de poluarc, etc., pentru stabilirea masurilor ce trebuie luate in vederea ocrotirii la nivel local.

Tara noastra in anul 1993, la Bruxelles, a ratificat ”Acordul european“ instituind o asociere intre Romania pe de o parte si statele membrc ale Comunitatii Europene pe de alta parte. Pe langa acestea actioneaza Legea Protectiei mediului ( 1995) si Reteaua ”Natura 2000" care au fost concepute sa asigure consei*varea habitatelor naturale si supravictuirea speciilor amenintate cu disparitia si a celor rare de pe teritoriul tarii noastre.

A fost intocmita strategia nationala de conservare a biodiversitatii care are ca scop armonizarca legislatiei prezente si viitoare a Romaniei cu cea a Comunitatii Europene, Datorita pozitiei sale geografice Romania este o tara cu o diversitate biologica ridicata exprimata atat la nivel de ecosisteme cat si la nivel de specii. Ecosistemele naturale si seminaturale reprezinta aproximativ 47 % din suprafata tarii, au fost identificate 783 tipuri de habitate (de coasta, umcde, pajisti, paduri, mlastini, stancarii, nisipuri) in 261 de zone de pe intreg teritoriul tarii. Nivelul ridicat al diversitatii habitatelor reflecta si un nivel ridicat al diversitatii speciilor de flora si fauna.

Responsabil pentru implementarea retelei ’’Natura 2000" in Romania este Guvernul Romaniei prin Ministerul Mediului si Gospodaririi Apelor Directia Conservarii Naturii, Biodiversitate, Bioseminitate. Cadrul Institutional al implementarii acestei retele este completat de Agentia Nationala de Protectia Mediului, precum si Agentjile de protectia mediului la nivel local si regional, administratiile ariilor protejate si Garda Nationala de M ediu ca autoritate de control, cu responsabilitati precise in ceea ce priveste elaborarea, evaluarea si implementarea masurilor administrative si organizatorice privind conservarea resurselor naturale si a biodiversitatii.

r t ftetineti !

Ocrotirea naturii nu inseamna intoarcerea la natura preistorica, ci o buna gospodarire a acesteia in intregul ei. Inseamna crearea unor noi echilibre ale mediului inconjurator in care omenirea sa-si desfasoare mai departe progresele civilizatiei, folosind cu masura resursele naturale pentru crearea conditiilor de confort si pentru dezvoltarea geniului uman.- De fapt tehnica este ea insasi o creatie a omului si nu trebuie sa se intoarca impotriva lui. Ea trebuie sa serveasca bunastarii fara a degrada fara a distruge echilibrul ce s-a creat pe Terra. Planeta noastra este un asezamant sacru de care nimeni nu are voie sa se atinga. Este un imprumut de la copiii nostri, pe care l-au folosit inaintasii nostri, il folosim noi cei prezenti ca sediu al vietii, avand obligatia / datoria de a-l lasa in stare buna urmasilor nostri.

4

d P L O J I I

Identificati zonele si speciile de plante si animale ce trebuie protejate in zona voastra. Propuneti Proiecte de mediu pentru conservarea si protejarea zonelor aflate in pericol.

130

DEZVOLTAREA DURABILA*

Dtzvellarto durobilfi

D ezv o lta rea durabi l ar e p re z in ta capacitatea omenirii de a asigura satisfacerea cerintelor generatiei prezentefara a cam promite capacitatea generatiilor viitoare de a-si satisface propriile necesitati “

Raportul Brundland, 1987

Din tot ce ai invatat pana acum ai inteles si vrei, ca mediul in care traiesti sa fie mai putin poluat si, chiar daca nu ti-ai dat seama pana acum, ai o gandire durabila.

Cine este interesat de o societate durabila gandeste pe termen lung. Aeeasta este ideea in jurul careia navigheaza tot ce tine de conceptul durabilitatii, pornit in urma cu aproximativ 30 de ani de la problemele legate de mediu si de resursele epuizabile. Atentia acordata resurselor, mediului inconjurator, responsabilitatii sociale sunt elemente de baza ale dezvoltarii durabile si asigura linistea generatiilor care urmeaza.

Ati observat orientarea catre reciclarea deseurilor, catre obtinerea unor combustibili sintetici nepoluanti sau catre sursele de energie neconventionale, precum cea solara sau eoliana. Ati auzit de statii ecologice de epurare a apei, de becuri economice, de aparate electrocasnice clasa A, de produse ecologice, eentrale termice care functioneaza pe baza de deseuri. de compami care sustin programe de cercetare in folosul comunitatii. Inseamna ca ati auzit despre dezvoltarea durabila.

Dezvoltarea durabila corespunde cerintelor prezentului fara sa compromita posibilitdtile generatiilor viitoare de a-si sat is face propriile necesitati. Altfel spus. dezvoltarea durabila este forma de crestere economica care satisface nevoile societatii pe termen scurt. mediu si lung. Conceptul reprezinta strategia prin care comunitatile cauta cai de dezvoltare economica, beneficiind de mediul inconjurator local, prin care sa aduca beneficii calitatii vietii atat generatiilor noastre cat si celor care urmeaza. Dar. dezvoltarea durabila nu este un concept tocmai nou. Este cea mai recenta exprimare a unei etici foarte vechi care implica relatiile oamenilor cu mediul si responsabilitatea generatiilor actuale

fata de generative viitoare. Durabilitatea pleaca de la ideea ca activitatilc umane sunt dependente de mediu! inconjurator si de resurse. Sanatatea. siguranta sociala si stabililatea economica a societatii sunt esentiale in definirea calitatii vietii. Discutiile de la care s-a ajuns la conceptul de dezvoltare durabila au pornit la inceputul an ilo r 1970, m om ent in care sub iectu l m ediului inconjurator si criza resurselor naturale, se afla in prim planul dezbateri lor politico.

Com unitatea intem ationala a decis sa trateze aceste probleme prin masuri colective la nivel global, pe care a cautat sa le defineasca si sa le aplice prin intermediul unui cadru international adecvat.

A

In 1972, Conferinta privind mediul care a avut loc la Stockholm a pus pentru prima data serios problema deteriorarii mediului inconjurator in urma activitatilor

131

The Rio Declaration on Environmentand Development

. . .

— ~

1 ;‘V .: TJZZ. ."UTT' i

. M r - -«• --------------

I ‘

i ZiT

Fig. 1 !4 • D eclara tia fit* !a Rio ile Jan e iro

umane, ceea ce pune in pericol insusi viitorul omenirii. In 1983 isi incepe activitatea Comisia Mondiala pentru Mediu si Dezvoltare (IVCED). Doi ani mai tarziu este descoperita gaura din stralul de ozon dc deasupra Antarticii si, prin Conventia de la Viena se incearca gasirea unor solutii pentru reducerea

A

consumului de substante ce dauneaza stratului protector de ozon care inconjoara planeta. In 1986, la un an de la catastrofa de la Cernobal, apare raportul cu titlul "Viitorul nostra comuri\ care lamureste continutul conceptului de dezvoltare durabila.

Totodata raportul admitea ca dezvoltarea economica nu poate fi oprita, ci strategiile trebuie stabilite in asa fel incat sa limiteze consumurile resurselor naturale si sa gaseasca metode de reciclare a produselor noci ve (deseurilor) rezultate in urma activitatilor umane.In anul 1987, in cadrul Comisiei Momlialepentru Mediu si Dezvoltare a fost lansat conceptul dc dezvoltare durabila ce a fost inclus in

A

documentele O.N.IL in anul 1991. In 1992 are loc Conferinta privind Mediul si Dezvoltarea, organizata de Natiunile Unite la Rio de Janeiro ’’Summit-ul Pamantuluiu (fig. 113) la care au participat reprezcntanti din 170 de state. La aeeasta intalnire au fost adoptate mai multe conventii (fig. 114), referitoare la schimbarile de clima, reducerea emisiilorde C 0 2si CH4, (fig. 115) diversitatea biologica- conservarea speciilor si stoparea defrisarilor masive. De asemenea s-a stabilit un plan de sustinere a dezvoltarii durabile - Agenda 21. Dupa 10 ani are loc la Johanesburg, Summit-ul privind dezvoltarea durabila, unde s-a aprofundat si intarit intelegerea conceptului de dezvoltare durabila, in special prin evidentierea importantelor legaturi dintre saracie, mediu si utilizarea resurselor naturale. Guveme importante si-au asumat responsabilitatea pentm progresul si intarirea celor trei piloni interdependent ai dezvoltarii durabile: dezvoltarea economica, dezvoltarea sociala si protectia mediului la nivel local, national, regional si global. S-a cazut de acord ca eforturile sa fie axate cu precadere pe: a) eradicarea saraciei; b) modificarea modelelor de productie si consum; c)protejarea sanatatii; d) p ro te ja re a si managementul bazei de resurse naturale pentru dezvoltare economica si sociala.

Dc asemenea s-a propus intarirea cooperarii intemationale, infiintarea unui fond dc solidaritate mondiala pentru eradicarea saraciei, recunoasterea rolului esential al societatii civile in implementarea

132

The World is determined toinvest large . resources in solving the Globe’s C02 problem

dezvoltarii durabile si promovarea de partencriate. La Kyoto (1997) are aloe un acord in ternational in care se prevcde stabilirea unor masuri, tinte si perioade clare de reducere a emisiilor antropice de gaze cu efect de sera, de la surse, in orice sector al economiei.

Toate ace s te c o n fe rin tem o nd ia le au in flu en ta t ev o lu tia r: — — --------------z-----~ -----

* 1 1 - * ' - pnwmi CO, m !dreptului international al mediului in »-------care s-au concretizat un numar de principii fundamentale care stau la baza drepturilor actuale pentru luarea deciziilor politice privind protectia mediului atat la nivel international cat si local. Desi este un domeniu relativ nou si in formare - dreptul international al mediului evolueaza si pe baza rezolutiilor si declaratiilor unor organizatii intemationale, cum sunt: Programul Natiunilor Unite pentru Mediu. Organizatia M ondiala a Sanatatii sau A genda Intemationala a Europci Atomice etc.

Durabilitatea se refera la capacitatea unci societati, ecosistem sau orice asemenea sistem existent de a functiona intr-un viitor nedefinit fara a se ajunge la epuizarea resurselor.

Resursele naturale mondiale sunt limitate ja r a contribui la conservarea si refolosirea resurselor existente este mai mult decat o buna politica civica, este exact ce trebuie facut.

Ca o comunitate sa fic intr-adcvar durabila trebuie sa adopte o anumita strategic care sa ia in considerare atat resursele economice ale mediului cat si cele culturale nu numai pe termen scurt ci si pe termen lung. Dezvoltarea si progresul economic al unei comunitati trebuie sa aiba loc si sa se mentina de-a lungul tirtiipului, in limitele stabilite de ecologie in sensul cel mai larg, prin interdependent fiintelor umane si activitatilor lor cu biosfera si legile care o guverneaza.

Comunitatile in care durabilitatea are mari sanse de existenta sunt, daca:• ? *-cetatenii sunt constienti denecesitateaplaniflearii dezvoltarii;-vor evalua corect punctele tari si slabe de care dispune comunitatea;-vor analiza oportunitatile si riseurile atat celc existente cat si pe cele potentiate;-vor stabili actiunile prioritare de scurta si lunga durata prin luarea in considerare a problemelor

economice de mediu si sociale;-vor stabili parteneriate si intelegeri intre mandatari.

A .In concluzie putem caacteriza dezvoltarea durabila prin urmatoarele:a) satisfacerea cerintelor prezentului fara a compromite posibilitatile generatiilor viitoare de a-

si satisface propriile cerinte, prin conservarea si neafectarea cadrului natural;b) inlocuirea criteriului pur economic (” o crestere cu orice pret“ ) cu cel al dezvoltarii

armonioase si de durata prin redimensionarea eresterii economice, distributia mai echilibrata a resurselor,reorientarea tehnologiilor etc.

c) controlul eresterii demografice si eliminarea saraciei;d) stabilirea unor limite spatiale si temporale ale potentialului productiv pentru un anumit

sitem (regiune, localitate, etc)

fle lin e li!3 . 9

* O comunitate durabila se bazeazape cetatenii sai care trebuie sa fie activi, cu spirit de initiativa si responsabili pentrudestinul accstcia.

- f ^P L IC ^T H1. Stabiliti masurile ce trebuie luate in com unitatea voastra pentru a realiza o dezvoltare durabila.2. Explicati efectul deseurilor asupra pcisagisticii locuriior si asupra potentialului recreativ al mediului.

133

€ V M L U d R €

1. E vidential principalele caracteristici ale biotopului si biocenozei in ecosistemele antropizate.

2. Realizati o comparatie intre un ecosistem urban-industrial si un ecosistem natural in care interventia omului este foarte redusa.*

3. Explicati cauzele scaderii natalitatii in tarile dezvoltate din Europa, America de Nord,etc*

4. Imaginati si descrieti cate un scenariu pentru urmatoarele atitudini ale oamenilor :a. calauzirea dupa dictonul "Dupa noi>pMopuF\b. aplicarea dictonului ”Pamantul nu este al stramosilor nostri,nu este al nostru, ci este imprumutat de la generatiile viitoare“

A

5. In ecosistemele antropizate :a. lanturile trofice sunt complexe formand retele complicate;b. actiunea omului este redusa;c. se realizeaza un proces de artificializare progresiva;d. are loc o crestere a complexitatii biocenozelor..

6. Ecosistemul antropizat se deosebeste de un ecosistem natural prin :a. utilizarea masiva si a altor surse de energie in afara celei solare;b. scaderea consumului energetic;c. cresterea diversitatii si complexitatii biocenozelor:d. absenta producatorilor de m aterie organica.

7. Explozia demografica - fenomen definitoriu al lumii contemporane, a fost si este influentata pozitiv de o serie de factori,cu exceptia :

a. revolutia industrials prin progresele tehnologice si alte proeese ce au generat dezvoltarea societatii; •

b. revolutia agricola;c. revolutia sanitara- prin cresterea performantelor medicale;d. diminuarea soldului natural.

134

8. Impactul antropic asupra mediului inconjurator se manifesta sub diferite forme. A legeti, din urmatoarele variante, o aetiune cu caracter pozitiv asupra mediului:

a. defrisarile de paduri pentru extinderea agrosistemelor;b. diminuarea activitatilor umane care implica consumuri ridicate de materie si energie;c. distrugerea unor specii de plante si animale considerate daunatoare;d. extinderea pastoritului pentru cresterea numarului de animale.

9. Introducerea unei specii noi intr-un ecosistem :a. are aetiune pozitiva asupra ecosistemului, contribuind la diversificarea speciilor;b. determina modificarea fluxului de materie si energie;c. contribuie la degradarea ecosistemului,neexistand pradatori;d. nu are nici un fel de efect.

10. Alegeti din localitatea sau din jurul localitatii voastre doua ecosisteme d iferite: unul natural, in care interventia omului este redusa si unul antropizat ( un agrosistem, un centru urban-industrial, etc.)

Utilizand cunostinte , metode si tehnici si din alte discipline (fizica, chimie, educatie tehnologica ,ecologie, etc.) incercati sa determinate

a. diferite specii de producatori, consumatori primari si secundari, etc. din ecosistemele respective;

b. lanturi trofice integrate in retelele trofice;c. raporturi numerice intre diferite tipuri de organisme din biocenoze;d. parametrii ai biotopului (temperatura, umiditate, calitati ale solului, etc);e. eventualele surse de poluare si efectele lor;f . masuri de conservare si ameliorare a ecosistemelor respective;g. ineidenta bolilor in populatiile umane determinate sau favorizate de diferite conditii locale

(zone poluate, exploatari miniere, zone cu radioactivitate crescuta, etc.)

11. Intocmiti un eseu cu tema „ Raportul om- natura de la inceputul existentei sale pana in prezent.

135