Smakprov av Iris biologi 1

Irisbiologi 1Anders Henriksson

SÄRTRYCK

INNEHÅLL 1Envetenskapväxerfram

2Omlivochceller

3Arvetsbudbärare

4Genetik

5Liviutveckling

6Livetsolikaformer

7Djurensbeteenden

8Livochmiljöisamspel

9Svenskaekosystem

10Miljöochsamhälle

76

1 En vetenskap växer fram

76

Enca4000årgammalhällristningvidNorrforsvästeromUmeå.Bildenföreställerenälgochmanserbl.a.djuretsrevben.

Syfte och målSyften i ämnesplanenUtveckla kunskaper om biologins begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder samt hur dessa utvecklas. Utveckla förmågan att refl ektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat.Utveckla förmågan att planera, genomföra, tolka och redovisa experiment.Utveckla kunskaper om biologins betydelse för individ och samhälle.Utveckla förmågan att använda kunskaper i biologi för att kommunicera samt för att granska information.

Mål i kapitlet• Få en introduktion till biologins idéhistoria• Känna till artbegreppet samt evolutionens mekanismer enligt Darwin• Kunna beskriva ett vetenskapligt arbetssätt och kunna skilja vetenskap från pseudovetenskap• Få inblick i hur experiment planeras, tolkas och redovisas.

Människan och biologinOrdet biologi betyder läran om det levande (grekiska bios = liv och logos = lära). Vi människor är levande varelser och vi är beroende av jordens övriga livsformer för att t.ex. få mat och syre. Därför har vi alltid behövt kunskap om livet. Vårt förhållningssätt till naturen med sina växter och djur har dock varierat under historiens gång och mellan olika kulturer.

Vi kan förutsätta att människor hade goda praktiska kunskaper om växter och djur redan under tidig stenålder. Genom erfarenhet lärde sig dåtidens samlar- och jägarfolk vilka växtdelar som kunde ätas. Kunska-per om de vilda djurens beteenden var avgörande för lyckad jakt m.m. Tyvärr efterlämnade stenåldersmänniskorna bara spridda ledtrådar som kan informera om deras kunskaper och föreställningar. Benrester vid bo-sättningar, stenredskap och hällristningar är exempel på sådana ledtrå-dar. Bilden till vänster visar en av fl era älgar som avbildades i sten för ca 4000 år sedan och som påträffats väster om Umeå. Älgbilderna tycks visa djurens skelett och vissa inre organ. Ingen vet säkert varför dessa hällrist-ningar gjordes. Att avbilda i sten kan ha varit ett sätt för människor att kommunicera med varandra. Bilderna berättade kanske vad som hade hänt eller vad man önskade skulle hända. Hällristningarna kan också ha varit knutna till tro och religion. Man ville kanske hedra gudarna och be om god jaktlycka. Vi kan dock konstatera att älgarna hade stor betydelse för dessa stenåldersmänniskors försörjning. De fångade djuren i stora fångstgropar som grävdes på strategiska platser där älgarna bru-kade vandra. Detta krävde planering och kunskap om naturen.

PåStoraKarlsövidGotlandfinnsengrottasomheterStoraFörvar.Därharmänniskordeponeratbenfrånjaktbyteniminst9500år.Blandbytenafinnsbenfrånbl.a.späck-huggare,grönlandssälochdennuutrotadegarfågeln.Dettavisarattförutsättningarnaförlivetförändrasitaktmedbl.a.klimatet.

8 1 – En vetenskap växer fram 91 – En vetenskap växer fram

I huvudet på en filosofI de tidiga jägar- och samlarkulturerna var kunskaper om väx-ter och djur nödvändiga för människans överlevnad. Kunska-perna behövdes i det dagliga livet och utvecklades utan någon speciell intellektuell strävan.

När människan lärde sig att odla och blev allt bättre på att producera livsmedel kunde vissa människor friställas från ar-betet med den dagliga försörjningen. Då fick människor tid att söka kunskap för kunskapens egen skull. Så skedde i antikens Grekland där filosofer ägnade sig åt frågor om bl.a. naturen. Till skillnad från dagens naturvetare var det ovanligt att filoso-ferna utförde experiment. De ansåg sig kunna uppnå kunskap enbart genom att tänka. Filosofen Aristoteles (384 – 322 f.Kr.) var dock en naturvetenskaplig föregångare genom att han gick utanför sin tankevärld för att iaktta och söka kunskap i natu-ren.

Aristoteles mångsidighet resulterade i ett omfattande förfat-tarskap om allt från materiens beståndsdelar till solens, månens och stjärnornas rörelser. I sitt berömda uppslagsverk Historia animalium (Djurens naturhistoria) beskrev Aristoteles djurens liv, kroppsdelar och fortplantning. I historisk tid var det en vanlig uppfattning att djuren var till för människor. Aristoteles såg dock beteenden och andra egenskaper från djurens egen utgångspunkt och utan kopplingar till människans behov.

Aristoteles gjorde även en förteckning över kända växter och djur och placerade dem på olika nivåer i en ”livets stege”. Nederst placerade han stenar och annat som inte levde samt lägre växter. Längre upp rangordna-de han djur från de enklaste till de mer komplext byggda. Trots att denna ”livets stege” hade likheter med den moderna uppfattningen att växter och djur har utvecklats från enkla livsformer, trodde Aristoteles att livet hade existerat i evig tid och att växterna och djuren aldrig förändrades.

Aristoteles pionjärarbete som biolog motiverar att han har kallas den biologiska vetenskapens grundare.

Fakta och fantasiViljan att fördomsfritt undersöka naturen tynade tyvärr bort under de följande två tusen åren efter Aristoteles. En romersk statstjänsteman som hette Plinius (23 – 79 e.Kr.) bidrog till denna utveckling. Han trodde på bl.a. sjöfarares berättelser om möten med märkliga djur. Dessa historier blandade han med influenser från Aristoteles i en skriftsamling kallad Historia naturalis. I detta hopkok av fantasi och fakta beskrevs de mest otroliga och monsterlika djur. Dessutom hade Plinius uppfattningen att växter och djur fanns till för människans skull.

Aristoteles(384–322f.Kr.)harkallatsdenbiologiskavetenskapensgrundare.


Tro och vetande under medeltidenUnder medeltiden ville kyrkan i Europa samla och sprida kunskap om skapelsens livsformer. Munkar tillämpade sin skrivkonst på att anteckna allt som var känt om Guds verk.

Munkarna var i första hand ”salongsbiologer”. I stället för att under-söka naturen föredrog de att hämta information från äldre grekiska och romerska källor. Därmed kom personer som Plinius att påverka synen på naturen. Det resulterade i att medeltida djurböcker, så kallade bestiarier, skildrade såväl verkliga djur som fantasifulla väsen. De innehöll beskriv-ningar av t.ex. drakar, enhörningar och kentaurer. För många medeltids-människor existerade dessa som verkliga varelser.

Även medeltidens kemi, den så kallade alkemin, var en blandning av magi och vetenskap. Alkemister drömde om att kunna framställa guld. De trodde på den antika, grekiska uppfattningen att all materia kan här-ledas till ”de fyra elementen” eld, luft, vatten och jord. Därmed ansågs det möjligt att omvandla mindre ädla ämnen till bl.a. guld.

Påverkade av alkemisternas tankar trodde människor att även olika sorters djur kunde förvandlas till varandra. När det t.ex. flög in flockar av vildgäss från havet kunde man tro att dessa hade ”kläckts” från så kallade långhalsar. Det är havslevande kräftdjur som ytligt sett liknar ägg med utskjutande halsar och som sitter på t.ex. tång. Man föreställde sig också att vissa organismer uppstod spontant. Hur skulle man annars förklara att det plötsligt dök upp fluglarver i ruttnande kött eller loppor i smuts? Det kom faktiskt att dröja ända till 1800-talet innan naturvetare definitivt övergav teorin om uralstring, dvs. att små organismer som t.ex. bakterier kunde uppstå spontant ur ickelevande materia.

EnlånghalssomharspolatsupppåenhavsstrandiPortugal.Dessamärkligakräftdjurkansittaitätasamlingarpåt.ex.tång.Undermedeltidenkändemanintetillfåglarnasflyttvanor.Enligtenuppfattningkundelånghalsarom-vandlastillfåglarsomsedansträckteinöverland.

DetaljfrånCartaMarinasomärdentidigastenågorlundakorrektakartanöverNordensländer.Sverigessisteka-tolskeärkebiskopOlausMagnus(1490–1557)ärupphovsmantillkartansomsmyckadesmedskräckinjagandedjur.Detvarförmodligenfeltolkadeobser-vationerfrånsjöfararesomresulteradeitronpådessaodjur.


Den mikroskopiska världenRedan på 1400-talet användes enkla mikroskop. Des-sa bestod av en enda lins av glas och kan jämföras med våra dagars förstoringsglas eller luppar.

Bakterier och spermierPå 1600-talet utvecklade holländaren Antonie van Leeuwenhoek konsten att framställa glaslinser med stor precision. Därmed kunde han tillverka bättre mikroskop än man tidigare haft. Med hjälp av en enda lins kunde han uppnå 500 gångers förstoring. Då blev det möjligt att undersöka nästan lika små föremål som du kan se med hjälp av skolans moderna mikroskop. Leeuwenhoek såg t.ex. bakterier. Han upptäckte alltså bakterierna, men kallade dem ”små djur”. Ordet bak-terie började användas först på 1800-talet. Det var också då biologer upptäckte samband mellan bakte-rier och sjukdomar. Tidigare förstod man inte varför människor drabbades av infektioner och då kunde man inte heller skydda sig mot dessa.

Leeuwenhoek lyckades även se spermier i sädes-vätska. Först trodde han att spermierna var små djur som hade kommit in i människan. Senare anade han att de var delaktiga i fortplantningen. Han föreslog då att en spermie var en individ i miniatyrformat som överfördes till kvinnan där den fick näring och växte.

Begreppet cellI 1600-talets England levde forskaren och uppfinna-ren Robert Hooke som bl.a. tillverkade mikroskop. Med hjälp av dessa kunde han rita och visa detaljer av växter och djur som ingen tidigare sett. När Hooke studerade tunna skivor av kork och andra växtdelar såg han hur dessa var uppbyggda av små ”rum” som skildes åt av väggar. Enligt Hooke påminde rummen om munkarnas sovceller i ett kloster. Så uppstod det biologiska begreppet cell som härstammar från latin (célla) och betyder ”litet rum”.

Trots att celler studerades redan på 1600-talet var det först på 1800-talet som biologerna förstod att allt levande består av celler och att cellen är den minsta levande enheten.

EttavLeeuwenhoekstidigamikroskop.Mantittadegenomhåletiplattansominnehöllenlins.Objektetsomskullestuderassattesfastpåspetsenöverhålet.

RobertHookesmikroskopfrån1600-talet.Ljusfrånenolje-lampariktadesmotpreparatetmedhjälpavettvätskefylltglasklotsomfungeradesomlins.DeninfälldabildenärenavHookesegnateckningar.Denvisarcelleritunnaskivoravkorksomskuritsutpåolikahåll.


Linné och systematikenFör att kunna överblicka alla kända organismer (levande varelser) behövs system för att identifiera, namnge och gruppera dem. Detta ägnar man sig åt inom den gren av biologin som kallas systematik. En svensk biolog som blivit världsberömd för sina insatser inom systematiken är Carl von Linné (1707 – 1778).

När Linné grupperade växter och djur utgick han från likheter hos ut-valda egenskaper. Han räknade t.ex. blommors ståndare och pistiller och lät dessa antal avgöra vilka grupper växterna tillhörde. Det var ett enkelt och användbart system som fortfarande utnyttjas. Idag kan vi dock tycka att Linnés grupperingar av växter och djur är onaturliga eftersom de inte speglar utveckling och släktskap. Linné placerade t.ex. bläckfiskar utan yttre och synliga skal i en grupp tillsammans med bl.a. maneter och sjö-stjärnor. Bläckfiskar med skal placerades däremot i en grupp med bl.a. musslor och andra ”skaldjur”. Idag anser vi att alla bläckfiskar ska till-höra samma grupp eftersom de har utvecklats från samma ”förfader”. De är alltså mer besläktade med varandra än med andra djur som t.ex. mane-ter. Så tänkte inte Linné. På 1700-talet förutsatte man att alla växter och djur hade skapats vid samma tillfälle och sedan förblivit oförändrade. Därmed var det inte aktuellt att ta hänsyn till utveckling och släktskap.

INTE BARA BIOLOG

Linné föddes år 1707 i södra Småland. Hans far var präst och intresserad av växter, vilket säkert påverkade sonen.

När Linné studerade på gymnasie-skolan i Växjö var grekiska, hebreiska, teologi och vältalighet viktiga ämnen. Det var dock inte dessa ämnen som i första hand intresserade Linné. Han var bäst i naturkunnighet och ”veten-skapens språk” latin.

När Linné var 20 år reste han till Lund för att studera vid universitetet. På den tiden ingick botanik (läran om växterna) och zoologi (läran om djuren) i medicinutbildningen. Det var därför naturligt att Linné valde att utbilda sig till läkare.

Efter bara ett år i Lund flyttade Linné till Uppsala. Där träffade han inflytelserika naturvetare som uppskattade hans begåvning. Detta hjälpte honom att få pengar till en efterlängtad Lapplandsresa. Redan som 25-åring kunde han därför rida mot denna outforskade del av Sve-rige. Kartorna var bristfälliga och Linné fick anlita samiska tolkar och vägvisare. Förutom naturen studerade Linné bl.a. rennäringen och hur män-niskor levde.

Efter Lapplandsresan bodde Linné tre år i Holland, där han tog sin dok-torsexamen. Under denna tid gav han också ut den första upplagan av sin berömda bok Systema naturae (Na-turens system). I den beskrev han bl.a.

metoden att gruppera växter efter antalet ståndare och pistiller.

År 1741 blev Linné professor i Uppsala. Samma år gjorde han också en uppmärksammad resa till Öland och Gotland. Senare fick han även i uppdrag att studera Västergötland och Skåne. Under dessa resor under-söktes naturen, jordbruksmetoder, gruvnäring, människors vardag m.m. Linnés mångsidighet gjorde hans reseskildringar till mycket värdefulla kunskapskällor om 1700-talets Sve-rige.

Linné dog vid 70 års ålder år 1778. Idag minns vi honom kanske främst för att han införde ett enhetligt och enkelt system för att ge växter och djur vetenskapliga namn (se sidan 14).

På tal om Linné

CarlvonLinnéförenkladesystematiken.Dettabehövdesunder1700-taletdåforskningsresorbidrogtillattmånganyaarterblevkändaförvetenskapen.


Vad är en art?Inom systematiken är artbegreppet centralt. Linné tillämpade ett så kallat morfologiskt artbegrepp (morf betyder form). Individer som såg olika ut räknades helt enkelt till olika arter.

I 1700-talets Frankrike hade Linné en kollega och kritiker som hette Georges du Buffon. Han ansåg att utseendet ofta varierade bland individ-erna inom en art och därför kunde man inte bara använda utseendet för att urskilja arter. Detta fick Buffon att skapa ett biologiskt artbegrepp. Det kom att dröja till 1900-talet innan detta fick genomslagskraft, men idag är det vårt vanligaste sätt att definiera arter.

Enligt det biologiska artbegreppet tillhör organismer samma art om de kan fortplanta sig med varandra under naturliga förhållanden och då få fertil (fruktsam) avkomma. Vi kan förtydliga detta med följande exempel:

• Hanar av talgoxar och blåmesar ser olika ut och sjunger på olika sätt. Därmed lockar de inte varandras honor och parar sig inte med var-andra. Om detta trots allt skulle ske blir det troligen inga ungar som resultat. Talgoxe och blåmes är alltså två olika arter.

• En tax och en pudel kan få valpar tillsammans. Valparna är i sin tur fertila, dvs. de kan växa upp och få egna valpar. Tax och pudel tillhör alltså samma art, nämligen arten hund.

• Hästar och åsnor kan få föl tillsammans. Fölen, som kallas mulor eller mulåsnor, är sterila och kan alltså inte föröka sig vidare. Därför är häst och åsna två olika arter. Korsningar mellan arter kallas hybrider.

• I zoologiska trädgårdar har det hänt att isbjörnar har parats med brun-björnar och då fått fertil avkomma. I naturen lever isbjörnar och brun-björnar i olika miljöer och inom olika geografiska områden. Därför korsar de sig praktiskt taget aldrig med varandra under naturliga för-hållanden (något enstaka fall har rapporterats). Detta gör att isbjörnar och brunbjörnar betraktas som olika arter.

Det biologiska artbegreppet har begränsningar. Det kan t.ex. inte tilläm-pas på utdöda organismer. Vi vet ju inte i vilken utsträckning dessa kunde fortplanta sig med varandra. Därför är forskare som studerar fossil, dvs. avtryck eller rester från tidigare livsformer, ofta hänvisade till det morfo-logiska artbegreppet. Det biologiska artbegreppet fungerar inte heller på organismer som förökar sig könlöst (som inte ”parar” sig). Exempel på sådana är bakterier. En bakterie består av en enda cell och den förökar sig genom att cellen delar sig och blir två nya celler.

Idag strävar forskare efter att indelningen i arter ska spegla organis-mernas utveckling och släktskap. Detta präglar artbegreppet som biolog-erna fortsätter att utveckla (se sidan 000).

ISverigefinnsbådehelsvartahuggorm-ar(övrebilden)ochhuggormarmedetttydligtsick-sack-mönsterpåryggen.Dessaormarkanfortplantasigmedvarandraochidagräknarvidemtillsammaart(artenhuggorm).Linnébe-skrevdemdäremotsomtvåolikaarter.

Isbjörnenräknassomenegenart,trotsattdenkanfortplantasigmedbrun-björnenunderspeciellaförhållanden.


mindre mellan arterna människa och schimpans än vad den är inom vissa andra arter. Sett ur detta perspektiv är det ointressant att dela in människor i raser. När t.ex. nazisterna ställde en ”arisk ras” mot en ”judisk ras” skedde detta på felaktiga grunder. Man utgick nämligen från språkliga, religiösa och kulturella indelningar och hävdade att dessa var biologiska.

Trots detta förekommer det, speciellt i engelskt språkbruk, att biologer använder begreppet ras angå-ende genetiska skillnader hos människor. Då kan det t.ex. handla om att människor från olika delar av världen är olika känsliga för vissa sjukdomar.

På tal om systematik

Sammaart.

BEGREPPET RASDet är ofta lätt att se vilka individer som tillhör en viss art. Man kan t.ex. se vilka fåglar som är gräsänder och vilka som är ejdrar eftersom dessa har olika och unika kännetecken.

Det finns undantag. En tax och en pudel ser väldigt olika ut. Trots det kan de fortplanta sig med varandra och få fruktsam avkomma. Tax och pudel är exempel på olika raser inom arten hund.

Begreppet ras används om främst husdjur. Hos dessa kan grupper med speciella egenskaper bevaras eftersom människan påverkar vilka individer som får ungar tillsam-mans. Om alla hundar släpptes ut i naturen skulle grän-serna mellan hundraserna suddas ut. Efter en tid skulle hundarna tillhöra samma ”blandras”.

Alla människor på jorden är genetiskt sett väldigt lika (det är små skillnader mellan våra DNA-molekyler, se sidan 000). Den genetiska skillnaden kan faktiskt vara


Arternas namnNär Linné började studera naturen fanns inget enhetligt system för att namnge arter. Det fanns dock vetenskapliga namn på latin, som var den tidens gemensamma språk bland högt utbildade europeer. Enligt Linné var dessa namn alltför otympliga. Namnen kunde närmast liknas vid be-skrivande fraser. Fritt översatt från latin kunde t.ex. vitsippa heta ”Sippa med spetsiga frön, fl ikiga småblad och stjälk med en blomma”. Det fanns faktiskt ”artnamn” som bestod av över 60 ord! Detta motiverade Linné att införa sin binära nomenklatur (latin bi = två, nomen = namn) som innebar att artnamnen bestod av två ord. Linné gav t.ex. vitsippa namnet Anemone nemorosa och gulsippa Anemone ranunculoides.

Namnen berättarDet första ordet i det vetenskapliga artnamnet kallas släktnamn. Vitsippa och gulsippa har gemensamma egenskaper som motiverar att båda tillhör släktet Anemone. Släktnamn skrivs med stor begynnelsebokstav.

Det är vanligt att det andra ordet i ett artnamn avslöjar en egenskap. I vitsippans artnamn ingår nemorosa som betyder ”växer i lundar” och i gulsippans namn fi nns ranunculoides som betyder ”liknar smörblom-mor” (se nästa sida).

Linnés namnsystem spreds snabbt och används nu i hela världen. Det är naturligtvis en stor fördel att det fi nns internationella artnamn.

Från art till domänVi har sett att arter sorteras i släkten. Linné fortsatte denna indelning så att släkten grupperades i familjer som i sin tur grupperades i ordningar osv. På så sätt konstruerade han ett system som gjorde det lätt att sortera och överblicka alla kända organismer.

Överst i Linnés grupperingssystem kom växtriket och djurriket (Linné in-förde dessutom ett stenrike). Levande varelser tillhörde alltså antingen växt- eller djurriket.

Idag vet vi att det fi nns organismer som är varken växter eller djur (t.ex. svampar) och därför håller inte Linnés system fullt ut. Nu räknar vissa biologer med upp till 15 riken som i sin tur delas in i tre domäner (se sidan 000).

Vitsippa.Släkte:AnemoneArt:Anemonenemorosa

Häranvändervimänniskaochtalgoxesomexempelförattvisasystematik-ensnivåer.Gruppendomäntillkomimoderntid.Förenklatkanmansägaattdomäneneukaryoterinnefattarorganismersominteärbakterier.

Människa, Homo sapiens Talgoxe, Parus majorArt

Släkte

Familj

Ordning

Klass

Fylum

Rike

Domän

Homo

Människoapor

Primater (apdjur)

Däggdjur

Ryggsträngsdjur

Djur

Eukaryoter Eukaryoter

Djur

Ryggsträngsdjur

Fåglar

Tättingar

Mesar

Parus


Många arterPå 1700-talet fanns det ca 10000 kän-da växtarter och ungefär lika många kända djurarter. Linné gav själv namn åt ca 4400 växter och 7700 djur. Det var lättare att överblicka organismerna på Linnés tid än vad det är idag. Nu är 1,5 – 1,8 miljoner arter beskrivna och namngivna. Närmare en miljon av des-sa är insekter.

Årligen upptäcker dagens biologer hundratals arter som är nya för veten-skapen. Flera av dessa är mikroskopiska eller lever i bristfälligt utforskade delar av tropiska regnskogar eller på djupa havsbottnar. Ingen vet hur många arter det verkligen fi nns på jorden. Enligt oli-ka beräkningar kan det vara så många som 2 – 100 miljoner.

Itropiskaregnskogarfinnsmångaartersomtroligenintehinnerupptäckasinnanskogarnaskövlas.

Närståendeartertillhörsammasläkteochnärståendesläktentillhörsammafamilj.

ARTVitsippa

Anemone nemorosa

ARTGulsippa

Anemone ranunculoides

ARTBacksippa

Pulsatilla vulgaris

ARTFältsippa

Pulsatilla pratensis

SLÄKTEAnemone

SLÄKTEPulsatilla

FAMILJSmörblommeväxter (Ranunkelväxter)


Förändras arter?Under 1700-talet började forskare studera fossil i veten-skapligt syfte. Fossilen avslöjade att det tidigare funnits arter som skiljde sig från de nutida. Detta förklarades bl.a. med en katastrofteori. Enligt denna hade arter utrotats till följd av katastrofer som t.ex. syndafloden.

Fram till 1800-talet kunde få tänka sig att växter och djur hade förändrats under jordens historia. Därför väckte den franske biologen Jean-Baptiste de Lamarck (1744 – 1829) stor uppmärksamhet när han presenterade sin utvecklingslära år 1809. Enligt Lamarck ställde miljön krav på organismerna som därmed utvecklade egenska-per som var allt bättre anpassade till miljön. Detta kunde ske genom att organismerna förstärkte egenskaper som de utnyttjade extra mycket. Sedan gick de nya egenskaperna i arv. På så sätt blev livsformerna allt mer komplicerade och välutvecklade för varje generation. Som svar på frå-gan varför det fortfarande finns enkla livsformer föreslog Lamarck att dessa ständigt nybildas och uppstår ur död materia. Lamarck trodde alltså på uralstring.

Idag vet vi att förvärvade egenskaper, dvs. egenskaper som någon får under sin livstid, inte ärvs så som Lamarck tänkte sig. Man får t.ex. inte barn med större muskler bara för att man själv styrketränar. Forskarna har dess-utom motbevisat teorin om uralstring. Lamarck lär dock ha varit först med att se sambandet mellan arternas ut-veckling och miljön.

Darwin och evolutionsteorinEngelsmannen Charles Darwin (1809 – 1882) trodde också på evolution, dvs. på utveckling och därmed förändring av organismer. Han insåg dess-utom att det fanns ett samband mellan organismernas egenskaper och miljön. Vi har sett att Darwin inte var ensam om dessa tankar. Det som gjorde Darwin berömd var att han presenterade en trovärdig förklaring till hur evolutionen fungerar. Han presenterade med andra ord en evo-lutionsteori som han kunde styrka med omfattande undersökningar och observationer. Bland dessa ingick studier av fossil, växter och djur som Darwin upptäckte under en världsomsegling till bl.a. Galapagosöarna.

Darwin publicerade evolutionsteorin i sin bok Om arternas uppkomst genom naturligt urval som gavs ut år 1859. Boken väckte starka reak-tioner även utanför forskarvärlden. Bland kritikerna fanns de som pro-testerade mot tanken på att även människan hade utvecklats och kanske var släkt med aporna.

EnligtLamarckfickengirafflängrehalsavattständigtsträckapåsigförattnåbladiträdkronorna.Sedangickdennaegenskapiarvtillgiraffensungar.PåsåsättmenadeLamarckattgiraffernashalsarhadeblivitalltlängreförvarjegeneration.

CharlesDarwin(1809–1882).


INTRYCK FRÅN GALAPAGOSÖARNANär Darwin var i 20-årsåldern deltog han som fältbiolog ombord på skeppet Beagle under en fem år lång världs-omsegling. Resans huvudsakliga syfte var att kartlägga dåligt kända landområden. Det var speciellt Sydamerikas kuster som skulle studeras och mätas. Darwins främsta uppgift var dock att samla in stenar, växter och djur.

När Beagle lämnade England accepterade Darwin föreställningen att alla arter hade uppstått genom en gudomlig skapelseakt och sedan aldrig förändrats. Under resans gång kom Darwin att omvärdera denna föreställ-ning. Det var bl.a. intryck från ett fem veckor långt besök på Galapagosöarna som påverkade honom till detta. Denna ögrupp ligger 100 mil väster om Sydamerikas fastland och består av spridda öar som har bildats genom vulkanisk aktivitet.

Små men tydliga skillnaderDarwin noterade att det fanns arter på Galapagosöarna vars individer såg något annorlunda ut på de olika öarna. Han hittade t.ex. snarlika men inte helt identiska härm-trastar på olika öar. Ortsbefolkningen berättade för Darwin att motsvarande gällde för ögruppens jättelika elefantsköldpaddor. Dessa personer kunde titta på ett sköldpaddsskal och sedan berätta på vilken av öarna sköldpaddan hade levt.

Darwin konstaterade även att de flesta växt- och djurarterna han hittade på Galapagosöarna hade sina motsvarigheter på Sydamerikas fastland. Detta väckte nya tankar hos honom. Han föreställde sig att Galapa-gosöarna hade varit livlösa från början. Sedan hade de successivt koloniserats av arter som på ett eller annat sätt råkat utvandra från Sydamerikas fastland. Så små-ningom förändrades arterna på Galapagosöarna och de utvecklades mer eller mindre olika på respektive ö. Detta för att livsbetingelserna varierade mellan öarna som där-med ställde olika krav på anpassningar.

Darwin hade nu hittat stöd för tanken på att arter ut-vecklas och han insåg att en art kunde utvecklas till flera. Nu fanns det enligt Darwin en helt naturlig förklaring till livets mångfald.

På tal om Darwin

PåGalapagosöarnafinnsunikadjursomt.ex.elefantsköldpaddan(överst)ochhavsleguanen(nederst).Elefantsköldpaddanblir1,5mlångochärvärldensstörstalandsköldpadda.Havsleguanenärvärldensendaödlasomäteralgerihavet.


Evolutionens mekanismer enligt DarwinSå länge det har funnits husdjur har människan styrt deras utveckling genom att välja individer med önskvärda egenskaper till avel. På så sätt har dessa egenskaper sorterats fram och präglat kommande generationer. Genom människans urval av djurens egenskaper har tamsvin utvecklats från vildsvin, hundar från vargar osv.

Darwin drog paralleller med avelsarbete och föreslog att det på mot-svarande sätt sker ett naturligt urval av egenskaper i naturen. Han såg att de individer vars egenskaper var bäst anpassade till miljön hade störst chans att fortplanta sig och få många ungar.

Naturligt urval förutsätter att det finns en variation inom arten. Det måste med andra ord finnas individer med olika egenskaper. Darwin kon-staterade att det alltid finns en sådan variation. Alla talgoxar har inte lika tjocka näbbar, alla vitsippor blommar inte lika tidigt osv.

Darwin kommenterade även betydelsen av att växter och djur faktiskt får större avkomma än vad naturen kan bära. Växter sprider så många frön och djur får så många ungar att inte alla kan växa upp och fortplanta sig framgångsrikt. Vissa hävdar sig inte i konkurrensen om utrymme, mat eller andra resurser. En del blir kanske sjuka eller uppätna. Detta leder till att bara de som är bäst anpassade till sin miljö kan överleva och fort-planta sig. Darwin såg denna konkurrens som evolutionens drivkraft.

Åter till giraffenNu kan vi förklara hur giraffen fick lång hals enligt Darwin. Vi antar att det förekom en viss variation bland de ursprungliga girafferna så att inte alla hade lika långa halsar. De med längst halsar kunde nå blad som få andra kom åt. De hade alltså en fördel i konkurrensen om födan och där-med störst chans att få många ungar. På så sätt ärvdes främst egenskapen ”lång hals” till kommande generationer. För varje generation ökade den genomsnittliga längden på giraffernas halsar.

NeodarwinismDarwin tänkte sig att evolutionen sker gradvis. Idag har bl.a. studier av fossil visat att evolutionen ofta sker i språng. Det tycks nämligen inte fin-nas så många mellanformer av fossil som tyder på gradvis utveckling.

Ett annat problem för Darwin var att han inte kunde förklara hur egenskaper ärvs. Han var verksam innan begrepp som gener (arvsanlag) och DNA var kända. Senare under 1900-talet kunde forskare kombi-nera Darwins idéer med genetik (ärftlighetslära) till en ”modern” teori om evolution. Denna kallas neodarwinism och är den teori om organis-mernas utveckling som dominerar idag. Vi återkommer till evolution och neodarwinism längre fram i boken.

Serdunattfjärilen?HurtrorduDarwinhadeförklaratutvecklingenavdeneffektivaskyddsfärgen?(Fråganåter-finnssomnummer1.16påsidan27.)

Enendagrodakanläggaövertusenägg.Somregelöverlevermindreän1%avdessatillkönsmogenålder.Därföröversvämmasintevärldenavgrodortrotsallaäggsomläggs.Dettaäretttydligtexempelpåattindividenskampförtillvaronkanvarahårdinaturen.Grodanpåbildentillhörarten”vanliggroda”.


Vi har nått livets kärnaÅr 1953 publicerades ett arbete som fick stor betydelse för oss människor och biologin. Med stöd av andra forskares resultat avslöjade den ameri-kanske biologen James Watson och den engelske fysikern Francis Crick konstruktionen hos de jättemolekyler vars namn förkortas DNA.

Varje cell (med vissa undantag) innehåller en cellkärna som förvarar gener, dvs. arvsanlag. Nu vet vi att generna består av DNA och att dessa molekyler utgör ”ritningen” till cellens ärftliga egenskaper. Egenskaperna hos de många miljarder celler som t.ex. en människa består av är i sin tur avgörande för hur hela organismen ser ut och fungerar.

I och med att biologerna fick tillgång till ”livets ritningar” öppnades portarna till genteknik. Inom gentekniken ägnar man sig åt att flytta gen-er mellan arter så att organismer får nya kombinationer av egenskaper. Man utför även DNA-analyser som bl.a. ger detaljkunskaper om enskilda gener. Detta skapar nya möjligheter att spåra och behandla ärftliga sjuk-domar. Inom gentekniken förekommer även forskning om kloning som handlar om att skapa kopior av gener, celler eller hela individer.

Trots genforskningens många fördelar är debatten om dess risker nöd-vändig. Det finns en oro för att genetisk kunskap ska användas till att sortera människor efter ärftliga förutsättningar. Vi frågar oss också hur genomgripande förändringar forskarna ska tillåtas göra av växter och djur och vad som händer om arter med nya gener släpps fria i naturen.

Eftersom biologin i hög grad har kommit att påverka människan och samhället är det viktigt att det finns en biologisk allmänbildning. Det är ju vars och ens ställningstaganden som ska ligga till grund för de politiska beslut som styr utvecklingen.

ModellavDNA.

Biologinärensnabbtväxandeveten-skapochalltflerbiologerarbetarpåmolekylnivå.


Ekologi och miljöVi människor har bara existerat under en försvinnande kort tid av livets historia. Trots detta har människan bli-vit en av de mest spridda arterna på jorden. Vi kan leva i olika miljöer tack vare vår uppfi nningsrikedom och vår förmåga att påverka omgivningen till egen fördel.

Idag är vi ca 7 miljarder människor på jorden och vi blir ständigt fl er. Varje år växer världens befolkning med ca 100 miljoner. I takt med att vi blir fl er ökar kra-ven på miljöansvar och på rättvis fördelning av resurser. Bland annat därför behöver vi kunskaper inom den gren av biologin som heter ekologi (läran om organismerna och deras förhållande till miljön). Det är kunskaper som hjälper oss att ta miljöansvar och att slå vakt om den biologiska mångfalden i form av naturtyper och arter. En stor del av den här boken handlar om just ekologi och om människans inverkan på miljön.

Ingenkanavskärmasigfrånnaturen.Ävenstor-stadsmänniskanärberoendeavväxterochdjur,inteminstförattfåmat.Alladrabbasominteväxterochdjurhartillgångtillrentvatten,drägligtklimatochlämpligaplatserattlevapå.

Biologinharvuxitochomfattaridagfleraolikadelområdensomdukanseexempelpåhär.Delområdenaöverlapparvarandraochdärförstuderasdesällanvarförsig.

BOTANIK

ZOOLOGI

MIKROBIOLOGI

CYTOLOGI

EKOLOGI

LIMNOLOGI

MARINBIOLOGI

ETOLOGI

EVOLUTIONSBIOLOGI

GENETIK

GENTEKNIK

FYSIOLOGI

PATOLOGI

TOXIKOLOGI

läran om växterna

läran om djuren

läran om bakterierna och de andra mikroorganismerna

läran om cellen

läran om samspelet mellan organismerna och miljön de lever i

läran om livet i sötvattensmiljöer

läran om livet i havet

läran om djurens beteenden

läran om organismernas utveckling

läran om hur generna (arvsanlagen) är byggda, fungerar, förändras och ärvs

läran om olika tekniker för arbete med DNA-molekyler

läran om hur levande organismer och organsystem fungerar under normala förhållanden

läran om organismernas sjukliga förändringar

läran om gifter och förgiftningar

FARMAKOLOGI läran om läkemedel


Kunskap under utvecklingMänniskan har förmågan att dra lärdom av tidigare generationers erfar-enheter. Detta har t.ex. påskyndat utvecklingen av jakt- och jordbruksme-toder. Att använda sig av samlad erfarenhet kan alltså leda utvecklingen framåt, men det är inte detsamma som att arbeta vetenskapligt.

Det moderna vetenskapsbegreppet ut-vecklades först på 1600-talet med bl.a. natur-vetaren Galileo Galilei. Han förlitade sig inte på gamla föreställningar eller på historiska auktoriteter som t.ex. Aristoteles. Han tes-tade istället frågeställningar och idéer genom att utföra observationer och experiment. Det är just detta som kännetecknar vetenskapligt arbete vars arbetsgång vi nu ska beskriva.

Man utgår från en frågeställning och bör-jar med att formulera en hypotes, dvs. en mer eller mindre kvalificerad gissning om hur nå-got förhåller sig eller fungerar. Därefter testar man hypotesen genom att planera och utföra lämpliga experiment. Om hypotesen är fel-aktig måste den förändras och sedan testas på nytt.

Om man däremot kan förutse experimen-tens resultat med hjälp av sin hypotes, kan denna användas till att formulera en teori. En teori är mer än ett antagande. Den håll-er även när experimenten upprepas och när resultaten granskas av andra forskare. En teori är den för ögonblicket mest trovärdiga förklaringen.

Exempel på teorierI den här boken återkommer vi till olika vetenskapliga teorier som t.ex. cellteorin och evolutionsteorin.

Enligt cellteorin består alla levande varelser av en eller flera celler. Dessa utgör grundstrukturen för liv och de kan bara bildas från existe-rande celler. Denna teori gäller tills någon upptäcker och beskriver orga-nismer som är byggda på annat sätt eller visar exempel på uralstring.

Enligt evolutionsteorin är alla livsformer ett resultat av utveckling ge-nom naturligt urval på det sätt Darwin presenterade. Tidigare hypoteser som t.ex. Lamarcks utvecklingslära har sämre eller inget stöd av experi-ment och observationer.

Modellförettvetenskapligtarbetssättsombyggerpåatthypoteserprövasochomprövas.

FRÅGESTÄLLNING

HYPOTES

TEORI

hypotesen testas medobservationer och

experiment

hypotesen håller inte och ändras därför

hypotesen håller


Teorier kan utvecklas och förändrasDet är vanligt att en teori utformas som en förklarings-modell, dvs. en modell som förklarar ett samband eller hur något är uppbyggt. När vi säger att en atom består av elektroner som kretsar kring en atomkärna använder vi en sådan förklaringsmodell. Det finns inga mikroskop med tillräcklig förstoring för att visa beståndsdelarna i en atom. Dessa kan man bara spåra med hjälp av experiment. Den modell vi har av atomen idag, dvs. den aktuella atom-teorin, är den som bäst förklarar resultaten av de experi-ment som kan utföras med dagens teknik och kunskap. Atommodellen har successivt förändrats sedan 1800-talet och den kommer säkert att utvecklas i framtiden. Detta i takt med att forskarna får tillgång till nya experiment och mätmetoder.

Arvets gåtaVår nutida uppfattning om hur egenskaper ärvs har vuxit fram på ett sätt som kan jämföras med atomteorin. Charles Darwin tänkte sig att de olika kroppsdelarna bildade små groddar som förenades och smälte samman till en kon-centrerad arvssubstans. I samband med fortplantningen blandades föräldrarnas arvssubstanser likt vätskor. Detta förklarade varför barn liknar sina föräldrar, men inte var-för egenskaper kan hoppa över en generation. Det inträf-far t.ex. att två brunögda föräldrar får ett blåögt barn och att den blå ögonfärgen kan spåras till mor- eller farföräld-rarna. Det fanns med andra ord brister i Darwins förkla-ringsmodell och det behövdes nya hypoteser.

Den österrikiske munken och naturvetaren Gregor Mendel (1822 – 1884) föreslog att könsceller innehåller självständiga ”arvsanlag” för var och en av individens ärftliga egenskaper. Denna hypotes testade Mendel genom att bl.a. korsa ärtväxter med lila och vita blommor. Det visade sig att Mendel kunde använda sin hypotes till att förutse hur stor andel av växterna i kommande genera-tioner som fick lila respektive vita blommor. Detta styrkte Mendels hypotes som senare låg till grund för vår tids upp-fattning om arvsanlag, dvs. gener. Med tiden anpassades ”genteorin” till nya forskningsresultat. Generna kunde t.ex. lokaliseras till cellkärnans kromosomer som senare visade sig bestå av DNA. Vi återkommer till Mendel och hans experiment på sidorna 000 – 000.

Sådanahärförklaringsmodelleravatomerkanbl.a.användastillattförutsehurämnenreagerarmedvarandra.Modellenvisarhurelektroner(e–)kretsarpåolikamedelavståndfrånenatomkärnasombeståravprotoner(p+)ochneutroner(n).

Mendelpresenteradeenmodellsomförklaradehuregenskaperkangåiarvutanattsynasivarjegeneration.ModellenstyrktesavexperimentmedärtväxtersomMendelkorsademedvarandra.Bildenvisarexempelpånedärvningavblomfärgitreolikagenerationerochförklarasnärmarepåsidorna000–000.Mendelsexpe-rimentvarambitiösa.Sammanlagtlärhanhaplanteratca29000plantor.

e–

e–

e–

e–

np+

x

x


PseudovetenskapEn föreställning som gör anspråk på att vara vetenskaplig men som inte har kunnat beläggas med observationer eller experiment kallas pseudo-vetenskap. Denna kan vara harmlös, men ibland kan den leda till all-varliga följder. Det senare gällde den ärftlighetslära som Trofim Lysenko (1898 – 1976) spred i det forna Sovjetunionen. Lysenko hävdade att man kunde ”träna” människan och andra arter till att utveckla bestämda egenskaper som sedan gick i arv. Man skulle t.ex. kunna odla potatis och vete i ett kallare klimat än tidigare, om bara växterna tränades till detta. Lysenko fick anhängare i Sovjetunionens politiska elit och därmed stort inflytande. Hans experiment granskades inte vetenskapligt och kritiskt. Istället avbröts seriös ärftlighetsforskning i Sovjetunionen. Lysenkos in-flytande ledde till misslyckanden inom jordbruket och till fattigdom på grund av missväxt.

Intelligent design kan också beskrivas som pseudovetenskap. De som förespråkar intelligent design menar att livet är alltför komplext för att ha kunnat uppstå och utvecklats enbart genom slumpmässiga variationer och naturligt urval enligt evolutionsteorin. De anser istället att en icke specificerad ”intelligent konstruktör” styr utvecklingen. Intelligent design är speciellt omtalad i USA där anhängare vill att den beskrivs i skolorna som ett fullvärdigt eller mer trovärdigt alternativ till evolutionsteorin. I forskarvärlden brukar man dock avfärda intelligent design som veten-skaplig teori, med motiveringen att man inte kan konstruera experiment som styrker eller avfärdar idén om en ”ospecificerad konstruktör”.

DRÖMTIDENUrinvånare i Australien kan berätta följande skapelseberättelse. I begyn-nelsen, under drömtiden, var världen en kal och mörk slätt. De eviga förfä-derna sov i jorden, men så småning-om vaknade de och kom upp. De gick runt på jordens yta och sjöng fram växter, djur och landskap. När jorden var tillräckligt ”attraktiv” bestämde de sig för att människan skulle bo där. Därför formade de människor av olika växter eller djur. Var och en måste nu vörda den art som är hans

eller hennes ursprung. Man vördar också heliga platser där drömtidens förfäder vandrade. Dessa platser kan vara smyckade med klippmålningar som berättar om drömtiden.

Australiernas skapelseberättelse knyter människan till naturen och är värd all respekt. Anhängare kan se den som en stark övertygelse men den kan inte framställas som en teori i vetenskaplig mening. Den är näm-ligen omöjlig att styrka eller avfärda med konkreta experiment.

På tal om teorier

KlippmålningiAustralien.

Underslutetav1700-taletuppstodfrenologisomidagklassassompseudo-vetenskap.Enligtfrenologernakundeegenskapersomt.ex.moral,listochvänskaplokaliserastillområdenpåhjärnansyta.Omdessaområdenvarvälutveckladeorsakadedeupphöjning-arpåkraniet.Enligtfrenologernakundemandärföravläsaenmänniskaskarak-tärgenomattstuderaskallensform.


Experimentet i centrumVi ska utgå från två frågeställningar för att se exempel på hur biologiska experiment kan planeras och hur resultat kan bedömas.

Jästceller och temperaturAntag att du ställs inför frågeställningen: Blir jästcellerna i bagerijäst mer aktiva om temperaturen i degvätskan höjs från 20 °C (rumstempererat) till 37 °C (fi ngervarmt)? Enligt din hypotes ökar jästcellernas aktivitet med temperaturen. Du antar nämligen att de kemiska reaktionerna i jäst-cellerna går fortare om temperaturen stiger upp till 37 °C.

För att testa hypotesen planerar du ett experiment. Detta måste på något sätt mäta jäsningsprocessen. Under jäsningen omvandlas socker till alkohol och koldioxid. Koldioxiden är en gas som bubblar upp från degvätskan. Detta utnyttjar du och ställer i ordning experimentet enligt bilderna intill. Det består av två E-kolvar, en med rumstempererat och en med fi ngervarmt vatten. I var och en av kolvarna fi nns ett provrör med sockerlösning och jäst. Över provrörens mynningar sitter ballonger som ska samla upp koldioxiden från jäsningen. På så sätt kommer störst bal-long att indikera mest aktiv jäsning.

Kolven med rumstempererat vatten kan vi kalla kontroll. Denna är nödvändig för att du ska ha något att jämföra med. Du måste ju veta hur stor ballongen blir om temperaturen inte höjs.

Experimentet måste också planeras så att en eventuell skillnad i jäs-ningsprocessen kan härledas till just temperaturen. Det innebär att inne-hållet i de båda provrören måste vara exakt lika. De ska innehålla lika mycket lösning med samma sockerhalt. De måste också innehålla lika mycket jäst från samma kultur. Det är naturligtvis också viktigt att jäs-ningen pågår lika länge i de båda vattenbaden.

Antag att ballongen över den varmaste jästblandningen växer fortast. Då kan du påstå att experimentet styrker hypotesen. Om storleksskill-naden mellan ballongerna blir otydlig, får du däremot fundera på om experimentet har brister eller om hypotesen inte stämmer.

Lockande dofterEn liten fjäril som heter äpplevecklare är en allvarlig skadegörare i äpple- och päronodlingar. Fjärilens larver gör nämligen grova gångar i frukterna när de äter sig in till kärnhusen. Fjärilen har länge bekämpats med gifter. Med tiden har detta ökat fjärilens motståndskraft mot gifterna så att od-lingar behöver besprutas allt oftare. En annan nackdel med gifterna är att de även drabbar andra levande varelser än fjärilarna. Därmed dödas även vissa av fjärilarnas naturliga fi ender, vilket motverkar gifternas syf-

Äpplevecklarenförstoradca4gånger.Fjärilenslarverangriperäpplenochpäron.

Undersökningavbagerijästenstemperaturberoende.Jästenbeståravencelligajästsvampar.

vatten20 °C

sockerlösningmed jäst

vatten37 °C

ballong


te. Allt detta gör att man istället vill bekämpa äpplevecklaren med feromoner (se sidan 000). Det är signalämnen som i detta fall sänds ut naturligt av fjärilshonorna för att locka hanarna till parning. Om människan också sprider sådana feromoner i fruktodlingarna, blir fjärilshanarna förvirrade. Då hittar de inte honorna eftersom doftämnena kommer från alla håll.

Nu antar vi att forskare har tagit fram två feromonpreparat som lockar hanar av äpplevecklare. Vi kallar preparaten A och B. För att avgöra vilket som är bäst görs följande experiment. Preparaten placeras i en ”vindtunnel” där fjärilshanar fl yger mot vinden, lockade av doftämnena. Sedan ser forskarna vilket preparat som lockar fl est fjärilar.

Antag att forskarna släpper 10 hanar och att 6 av dessa lan-dar på preparat A och 4 på preparat B. Kan de då dra slutsatsen att preparat A är bäst? Nej, underlaget är så litet att slumpen kan ha påverkat resultatet. Det blir annorlunda om forskarna släpper 100 fjärilar och om 60 av dessa väljer preparat A. Då är underlaget tillräckligt stort för att vara användbart.

Det fi nns statistiska metoder som visar sannolikheten för att resultat är slumpmässiga. Om dessa sannolikheter är mindre än 5 % brukar man säga att resultaten är signifi kanta (icke slump-artade och statistiskt säkerställda). Då kan man våga använda resultaten till att styrka eller förkasta hypoteser.

REDOVISNING AV EXPERIMENTDet är viktigt att du lär dig redogöra för dina experi-ment såväl muntligt som skriftligt. Här fi nns en mall för hur en skriftlig redovisning kan utformas.

Förutom huvudrubrik, datum och namn på försöks-deltagarna bör redovisningen innehåller följande underrubriker:

Frågeställning (målsättning)Här formulerar du frågeställningen och beskriver vad som ska undersökas.

HypotesHär anger och motiverar du ditt förväntade resultat.

UtförandeHär beskriver du vilken utrustning som används och hur experimentet utförs. Komplettera gärna med

teckningar. Den som tar del av din beskrivning ska kunna upprepa experimentet på samma sätt som du utförde det.

ResultatHär sammanfattar du försöksresultatet. Utnyttja gärna tabeller och diagram för att få presentationen över-skådlig.

KommentarerHär kommenterar du försöksresultatet som relateras till den egna hypotesen samt till litteraturuppgifter och andras resultat. Du kan även diskutera vilka fel-källor experimentet innehöll och hur experimentet skulle kunna förbättras.

Forskningpågårförgiftfribekämpningavskadeinsekteriäppelodlingar.


Ordet biologi betyder läran om det levande.

Aristoteles ville studera naturen med sina sinnen och sökte inte bara kunskap i ”tankevärlden”. På så sätt när-made han sig biologin som vetenskap.

Det dröjde ända till 1800-talet innan tron på uralstring övergavs generellt. Med uralstring menas att organismer uppstår spontant ur ickelevande materia.

På 1600-talet utvecklade Leeuwenhoek och Hooke mik-roskoptekniken. Leeuwenhoek upptäckte bl.a. bakterier, men det kom att dröja till 1800-talet innan någon såg samband mellan bakterier och sjukdomar. När Hooke studerade skivor av kork såg han hur dessa var uppbyggda av ”små rum”. Så uppstod det biologiska begreppet cell som betyder ”litet rum”.

Systematik handlar om att identifiera, namnge och gruppera organismer.

Carl von Linné kallas ibland för systematikens grundare. Han grupperade växter och djur på ett överskådligt sätt. Han införde även den binära nomenklaturen som inne-bär att vetenskapliga artnamn består av två ord.

Idag beskrivs Linnés systematik som onaturlig eftersom den inte speglar evolution och släktskap.

Enligt det biologiska artbegreppet tillhör individer samma art om de kan fortplanta sig med varandra under naturliga förhållanden och då få fertil avkomma.

Art, släkte, familj, ordning, klass, fylum, rike och domän är namn på systematiska nivåer.

Lamarck kopplade arternas utveckling till miljöns krav, men hans förklaring av utvecklingens mekanismer hade

brister. Lamarck förutsatte bl.a. att förvärvade egenskap-er var ärftliga.

År 1859 publicerade Darwin boken Om arternas upp-komst genom naturligt urval. I denna presenterade han sin evolutionsteori som kan sammanfattas på följande sätt:Växter och djur har så stor förmåga till förökning att inte alla frön eller ungar överlever eller hävdar sig i konkur-rensen. I denna ”tillvarons konkurrens” sker ett naturligt urval. Det innebär att individerna som är bäst anpassade till miljön har störst framgångar med fortplantningen. På så sätt ärvs främst deras egenskaper vidare och präglar kommande generationer. Darwins teori förutsätter att det finns en variation inom arten, dvs. att det finns indi-vider med något olika egenskaper.

När Darwins evolutionsteori kombinerades med kunskap om gener och DNA uppstod neodarwinismen.

Inom naturvetenskapen ligger frågeställningar till grund för hypoteser som sedan testas med observationer, mätningar och experiment. Om undersökningarna stöder hypoteserna kan dessa sammanställas till teorier. I annat fall måste hypoteserna ändras eller ersättas för att sedan testas på nytt. En teori är den för tillfället mest trovär-diga förklaringen av hur något förhåller sig.

En teori ska klara kritisk prövning av oberoende forskare. Idéer eller uppfattningar får inte kallas teorier i veten-skaplig mening, om det inte går att konstruera experi-ment eller undersökningar att testa dem med.

Inom naturvetenskapen används förklaringsmodeller som hjälp att förklara och förutse händelser. Ett exempel är atommodellen.

En föreställning som gör anspråk på att vara vetenskaplig, men som inte har kunnat beläggas med observationer och experiment kallas pseudovetenskap.

I experiment används ofta jämförande ”kontroller” och resultat kan bedömas med statistiska metoder.

Sammanfattning

Anemonenemorosa

släktnamn

artnamn


W E B B S TÖ D : www.gleerups.seTesta dig själv1.1 Förklara begreppet uralstring.

1.2 Ge exempel på upptäckter som gjordes med hjälp av mikroskop på 1600-talet.

1.3 Idag ser vi Linnés system för gruppering av växter och djur som onaturliga. Varför?

1.4 Defi niera det morfologiska artbegreppet.

1.5 Defi niera det biologiska artbegreppet.

1.6 Ge exempel på begränsningar hos det biologiska artbegreppet.

1.7 Förklara begreppet binär nomenklatur.

1.8 Vilket ord ska stå i tabellen vid a, b, c, d, e, f, g respektive h?

1.9 Ungefär hur många arter är kända för vetenskapen?

1.10 Beskriv kortfattat vad som skiljer Lamarcks utvecklingslära från Darwins.

1.11 För vad är James Watson och Francis Crick berömda?

1.12 I denna uppgift ska du namnge några av biologins delområden. Vad kallas läran om a) djuren b) cellen c) djurens beteenden d) samspelet mellan organismerna och miljön e) hur organismer och organsystem fungerar f) läkemedel g) gifter och förgiftningar

1.13 Beskriv skillnaden mellan hypotes och teori.

1.14 a) Ge exempel på en pseudovetenskap. b) Förklara varför ditt valda exempel är en pseudovetenskap.

TÄNK UT1.15 Beskriv hur du tror att Lamarck respektive Darwin skulle ha förklarat hur tranan fi ck långa ben.

1.16 Se nattfjärilen på den övre bilden på sidan 18. Hur tror du Darwin hade förklarat utvecklingen av fjärilens skyddsfärg?

1.17 Läs om experimentet med jäst på sidan 24. Tänk dig att du själv planerade och utförde experimentet och att resultatet gav stöd åt hypotesen. Skriv en redovisning av experimentet enligt mallen på sidan 25.

TA REDA PÅ1.18 Följande frågor gäller arterna vitklöver och rödklöver. a) Vilka är de båda växternas vetenskapliga artnamn? b) Vilket släkte tillhör vit- och rödklöver? c) Vilken familj tillhör vit- och rödklöver? d) Försök förklara de båda växternas vetenskapliga artnamn.

Homo sapiensh

Släkte

Familj

e

Klass

c

Rike

a

g

f

Primater (apdjur)

d

Ryggsträngsdjur

b

Eukaryoter

2928

2Om liv och celler

2928

Klockdjurärencelligaorganismersomleverivatten. Härsesdegenommikroskop.

Syfte och målSyften i ämnesplanenUtveckla kunskaper om biologins begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder. Utveckla förmågan att genomföra observationer samt förmågan att hantera material och utrustning.Utveckla förmågan att använda kunskaper i biologi för att kommunicera samt för att granska och använda information.

Mål i kapitlet• Kunna beskriva vad som kännetecknar liv.• Kunna beskriva djur-, växt- och bakterieceller samt känna till begreppen prokaryot och eukaryot.• Ha en uppfattning om cellers och organellers storlek samt kunna använda ljusmikroskop. • Kunna ge en enkel beskrivning av virus. • Ha översiktlig kunskap om cellers kemiska beståndsdelar samt ämnesutbyte med omgivningen. • Kunna redogöra för cellens energiomsättning och använda begrepp som fotosyntes, cellandning, autotrof och heterotrof.

Vad är liv?Vi talar ofta om liv utan att tänka på vad ordet betyder. Det fi nns faktiskt ingen enkel förklaring på vad liv är. Ändå kan det kännas som självklart att en häst, en bladlus eller ett träd är levande, medan t.ex. en sten saknar liv. Ofta känner vi igen liv utan att defi niera det, men ibland är det inte självklart vad som är levande. Då kan man se om följande egenskaper som kännetecknar liv är uppfyllda.

... har ämnesomsättningOrganismer tar upp ämnen från omgivningen. En del av dessa be-hövs för att kunna bygga molekyler till nya celler. Dessutom kan celler bryta ner och bygga om ”gamla” molekyler så att dessa anpassas till cellernas behov. I samband med detta bildas ”avfallsämnen” som organismerna släpper ut. På så sätt sker ett ständigt utbyte av ämnen med omgivningen.

Levande varelser ...

... består av cellerBilden till vänster visar organismer som består av en enda cell. Själv be-står du av tusentals miljarder celler. Celler kan se olika ut, men har ändå gemensamma egenskaper.

... kan fortplanta sigNya individer föds och gamla dör. Trots detta kan egenskaper bevaras, eftersom arvsanlag överförs från generation till generation.

... omsätter energiÄmnesomsättning, förfl yttning m.m. kräver energi. Växter kan använda ljus som energikälla och djur äter energirik föda. Energin som används omvandlas slutligen till värme och strålar ut från organismerna.

... reagerar på sin omgivningEn växt riktar sina blad mot ljuset och en sparv tar skydd om den ser en sparvhök. Det är bara två exem-pel på hur levande varelser reagerar på sådant som fi nns i omgivningen.

30 2 – Om liv och celler 312 – Om liv och celler

Cellen – livets minsta enhetOm du delar en millimeter i hundra delar, får du en bild av hur små flertalet celler är. Vissa celler är dock ganska stora eller långa. Nerv-celler, som leder signaler i kroppen, kan faktiskt bli meterlånga. Ägg-celler kan också vara stora och det finns vissa encelliga organismer som går att se utan mikroskop.

Vissa klarar allt på egen handDen enda cell som en encellig organism består av måste klara allt på egen hand. Den ska kunna försvara sig, skaffa näring, föröka sig m.m. De allra flesta livsformerna på jorden är faktiskt encelliga.

Vävnader och organHos flercelliga organismer kan grupper av celler specialisera sig på vissa uppgifter. I människokroppen finns ca 200 olika celltyper. Det är t.ex. nervceller som leder signaler, muskelceller som ansvarar för rörelser och benceller som bygger upp skelettet.

Celler som liknar varandra och som har samma uppgift i en orga-nism bildar tillsammans en vävnad. Man talar t.ex. om nervvävnad som består av nervceller, muskelvävnad som består av muskelceller och benvävnad som består av benceller.

Olika vävnader kan i sin tur bygga upp organ. Hjärtat är ett or-gan som består av bl.a. nervvävnad och muskelvävnad.

Cellernas beståndsdelarPå nästa sida visas exempel på vad djur- och växtceller innehåller. Tydligt avgränsade och ofta membranomslutna celldelar kallas or-ganeller. Det gäller t.ex. cellkärnan, mitokondrierna, kloroplasterna, vakuolen och de endoplasmatiska nätverken (se nästa sida).

Djur- och växtceller har mycket gemensamt. Det finns dock skill-nader. Djurceller har ytterst ett tunt cellmembran, medan växtceller även omger sig med en stabil cellvägg. Växtceller har ofta en bestämd form och är stadigare än djurceller. Det beror på cellväggen, men också på att växtceller innehåller vakuoler med högt vätsketryck. Dessutom har cellerna i växternas gröna delar kloroplaster med det gröna ämnet klorofyll, något som djurceller saknar.

Skillnaden mellan växter och djur är tydlig på cellnivå. Det är också slående att olika celltyper har flera gemensamma egenskaper. På cellnivå hittar man lätt likheter mellan t.ex. rosor och människor. Detta talar för att livsformerna har ett gemensamt ursprung.

Enamöbabeståravenendacell.Denrörsiggenomattändraform.Födanbeståravbl.a.bakteriersomamöbanfångaringenomatttänjautdelaravsigsjälvsomomringarbakterierna.

Nervcellerharlångautlöparesomlederelektriskaimpulser.Inervvävnadenpåbildenservihurutlöparefrånfleranerv-cellerärkoppladetillvarandra.


DJURCELL

VÄXTCELL

CellmembranOmger och skyddar cellen samt påverkar vilka ämnen som släpps in respektive ut. På så sätt regleras cellens inre miljö.

Cellplasma (cytoplasma)En vattenlösning med flera lösta ämnen som är viktiga för cellen. I cellplasman finns även ett nätverk av proteintrådar som bildar ett cellskelett. Trådarna syns inte på bilden eller i ett vanligt mikroskop.

CellkärnaHär förvaras cellens gener (arvsan-lag) i form av DNA. Generna kan liknas vid recept på proteiner som cellen ska kunna tillverka.

MitokondrieCellens kraftverk. Här används socker som bränsle för att utvinna den energi som cellen behöver. Precis som vid annan förbränning krävs syre för cellens förbränning av socker. Det är denna förbränning som kallas cellandning (se sidan 44).

RibosomerVid dessa tillverkar cellen proteiner genom att koppla ihop aminosyror enligt genernas anvisningar (se sidorna 50 – 56).

Endoplasmatiskt nätverkKallas även endoplasmatiskt retikulum, vilket förkortas ER. Detta membransystem ska bl.a. transportera kemiska föreningar inom cellen. Ribosomer kan sitta fästade vid ER.

CellväggEn stödjande vägg av främst cellulosa.

Cellmembran Cellkärna

Cellplasma

Ribosomer

Endoplasmatiskt nätverk

Mitokondrie

KloroplastInnehåller klorofyll. Med hjälp av detta gröna ämne fångar kloroplasten in ljus-energi som används till att bilda socker av koldioxid och vatten. Denna tillverkning kallas fotosyntes (se sidan 44).

VakuolEn vätskefylld blåsa som upptar större delen av cellens inre. Vätskan (cellsaften) består av vatten med vissa lösta ämnen som cellen lagrar på detta sätt. Normalt är det ett högt vätsketryck inne i vakuolen. Det gör att cellen spänns ut och antar den form som cellväggen bestämmer. Om du glömmer att vattna dina krukväxter slokar de och hänger över krukorna. Det beror på att vätskan och därmed trycket i vakuolerna minskar så att cellerna blir mjukare. Man kan säga att vakuolerna och cellväggarna tillsammans utgör växternas skelett.


Med eller utan cellkärnaVi har redan nämnt att gener (arvsanlag) består av DNA. Detta ämne har långa, trådformade molekyler som var och en kan rymma flera gener. Som exempel kan vi nämna att människan har 46 DNA-molekyler i varje cell och tillsammans innehåller dessa tusentals gener.

EukaryoterVäxt- och djurceller har sitt DNA i en cellkärna. Det har även cellerna hos t.ex. svampar och alger. En cell med cellkärna kallas eukaryot (eu = äkta, karyon = kärna). Alla organismer med cellkärna sägs därför vara eukaryoter.

ProkaryoterTill skillnad från alla andra organismer saknar bakte-rier (och flertalet arkéer som vi återkommer till senare) en avgränsad cellkärna. Bakterieceller är prokaryota. Pro- betyder före. Under jordens historia fanns pro-karyoter, dvs. organismer utan cellkärna, långt innan det utvecklades celler med cellkärna.

Bakterier är alltid encelliga och de är betydligt min-dre än eukaryota celler. De har en stor DNA-molekyl som kallas bakteriekromosom och som ligger fritt i cellplasman. Bakteriekromosomen är ringformad men veckad för att få plats i cellen. Som komplement till bakteriekromosomen finns små DNA-ringar som heter plasmider. Dessa innehåller bara enstaka gener. Plasmiderna är så små att de kan överföras mellan vissa bakterier som på så sätt kan få nya gener.

Bakterier saknar även andra membranförsedda organeller än cellkärna. De har t.ex. varken mito-kondrier eller kloroplaster. Däremot har bakterier ribosomer.

Det enda membranet som finns i en bakterie är det omgivande cellmembranet. Med vissa undantag har bakterier dessutom cellvägg, men denna består av andra ämnen än cellväggen hos växter. Hela bakterien kan dessutom vara täckt med en skyddande kapsel.

Vissa bakterier har trådlika utskott, s.k. flageller som de kan utnyttja för att förflytta sig.

Bakterier kan dessutom ha hårlika utskott på ytan. Dessa kallas pili (pilus = hårstrå) och gör att bakte-rierna kan fästa vid ytor eller mot varandra.

Enbakterieärprokaryot.Densaknaravgränsadcellkärnaochandramembranomslutnaorganeller.

flagell

kapsel

cellvägg

cellmembran

DNA, bakterie-kromosom

DNA, plasmid

ribosomer

cellplasma

pili


Någrapartiklarsochcellersstorleksamtvadsomkrävsförattmanskasedem.Elektronmikroskopkommenteraspåsidan36ochviruspåsidan37.Längdenökar10gångerförvarjemarkeringutmedlängdpilenifiguren(skalanärlogaritmisk).1mikrometer(µm)=1•10–6m1nanometer(nm)=1•10–9m

100 µm

10 µm

1 µm

1 dm

1 cm

1 mm

100 nm

10 nm

1 nm

0,1 nm

gulan i strutsens ägg är en enda cell

grodägg

människans äggcell

fl ertaletväxt- ochdjurceller

cellkärna

fl ertalet bakterier

kloroplastoch mitokondrie

Mycoplasma-bakterie

virus

ribosom

klorofyllmolekyl (protein)

vattenmolekyl

kolatom

öga utan optiska hjälpmedel

ljusmikroskop

elektronmikroskop

Vad begränsar cellernas storlek?Det fi nns bakterier som inte är större än ca 0,1 µm (1/10000 mm). De tillhör en grupp som heter Myco-plasma och kan vara världens minsta celler.

En cell kan inte vara hur liten som helst. Den måste vara tillräckligt stor för att rymma de cellde-lar som krävs för ett självständigt liv. 0,1 µm kan mycket väl vara gränsen för cellens minsta möjliga storlek.

Om vi tänker oss att ett föremål växer, ökar dess volym snabbare än dess area mot omgivningen (se kuberna nedan). Ett litet föremål har alltså en större area i förhållande till sin volym än vad ett stort fö-remål med samma form har. Detta är betydelsefullt för celler eftersom de tar upp syre, näring och andra livsviktiga ämnen från omgivningen genom sin cell-yta (sitt cellmembran). En stor cell kräver ett större utbyte av ämnen med omgivningen än vad en liten cell gör. Om en cells storlek överskrider en viss gräns blir därför cellytan för liten för att cellmembranet ska klara att ta upp tillräckligt med näringsämnen m.m. Dessutom blir transportsträckorna av ämnen inom cellen längre ju större cellen är. Detta är troliga förklaringar till varför nästan alla celler är små.

Stora organismer har inte större celler än vad små organismer har. De stora organismerna har i stället fl er celler.

Ettlitetföremålharenstörreareaiförhållandetillsinvolymänvadettstortföremålhar.Ettlitetföremålharenstörreareaiförhållandetillsin

kubens area (cm2)

kubens volym (cm3)

areavolym

6 24

1 8

6 3

sida 2 cm

sida 1 cm


Studera celler med ljusmikroskopMikroskopet är ett viktigt arbetsredskap inom biologin. Ofta klarar man sig med ljusmikroskop som kan ge upp till 1500 gångers förstoring. Mik-roskop som används i skolor brukar sällan förstora mer än 1000 gånger, men det räcker långt. Med dessa mikroskop kan du studera djur- och växtceller och t.ex. se cellkärnor och kloroplaster. Du kan även upptäcka vanliga typer av bakterier. För att se de minsta celldelarna och t.ex. virus krävs dock elektronmikroskop (se sidan 36). Dessa är mycket dyra och komplicerade att använda. Därför begränsar vi oss nu till att se hur ljus-mikroskop används.

Att göra ett preparatFöremålen som studeras med mikroskop kallas objekt. Om dessa är grova, måste de skäras i tunna skivor så att ljus kan passera genom dem. I exemplet på bild-erna till vänster förbereds en undersökning av celler i ett blad från en mossa. Bladet är tillräckligt litet och tunt för att kunna användas direkt. Det läggs först i en vattendroppe på ett objektglas. Sedan placeras ett tunt täckglas över bladet. Vattnet är viktigt. Dess kapillärkraft får nämligen täckglaset att ”sugas” tätt intill objektglaset och på så sätt blir preparatet extra platt. Det är objektglaset, objektet och täckglaset som tillsammans kallas för preparat.

Mikroskopets delarTill vänster ser du vad mikroskopets delar heter. Man väljer objektiv genom att vrida på revolverfattningen. Det kortaste objektivet ger minst förstoring. Om man multiplicerar förstoringen som anges på okularet med förstoringen som anges på det valda objektivet, får man den totala förstoringsgraden. Förstorar okularet 8 gånger och objektivet 40 gånger blir alltså den to-tala förstoringen 320 gånger.

Det krävs träning för att kunna använda ett mik-roskop på bästa sätt. Man behöver t.ex. lära sig att ställa in skärpan utan att objektivet krockar med pre-paratet och kanske skadas. Det är också viktigt att an-vända bländaren. Om man ”bländar ner” blir bilden mörkare, samtidigt som skärpedjupet ökar. Här gäller det att hitta en balans mellan ljus och djupskärpa som både känns bekväm och ger bra bild. Ljusmikroskop.

objektiv

objektbord

kondensor med bländare

lampa

objektförare

okular

grovinställning för skärpa

fininställning för skärpa

Preparatavbladfrånstjärnmossa.Omtäckglasetviksnersombildenvisar,undviksluftblåsoripreparatet.

objekt

objektglas

täckglas

revolverfattning


Inställning steg för stegFöljande arbetsgång underlättar mikroskoperingen:• Börja med den minsta förstoringen. Vrid därför på revolverfattningen

så att det kortaste objektivet pekar nedåt. • Kläm fast preparatet på mikroskopets objektbord. På vissa mikroskop

fästs objektglaset i en objektförare. Den har rattar som fl yttar objekt-glaset med stor precision.

• Vrid på grovinställningen för skärpa så att objektbordet fl yttas så högt upp som möjligt, dock inte närmare objektivet än 0,5 cm.

• Titta i mikroskopet och vrid på skärpeinställningen så att objektbordet fl yttas nedåt tills bilden blir skarp.

• Ställ in bländaren så att bilden blir lagom ljus. Om kondensorn är rörlig ska denna fl yttas längst ner. (Vid större förstoringar fl yttas kon-densorn högt upp.)

• Är du nöjd med bilden kan du byta till objektivet som ger näst störst förstoring. OBS! Ändra inte objektivinställningen innan du skiftar till ett nytt objektiv! Sedan tittar du i mikroskopet och justerar skärpan försiktigt med ratten för fi ninställning. Ställ även in bländaren.

• Vid behov upprepas föregående punkt med nästa objektiv.

Celleristjärnmossansbladfotograferadegenomettljusmikroskop.Deolikacellernascellväggarsertillsammansutsomettnät.Demångagrönakornensomfinnsivarjecellärkloroplaster.

Stjärnmossansbladärmyckettunnaochtacksammaommanvillstuderaceller.


På tal om mikroskop

VAD VISAR MIKROSKOPEN?Om två punkter är närmare varandra än ca 0,1 mm kan man inte se dem som separata punkter med blotta ögat. Man säger att ögats förmåga till upplösning är begrän-sad till 0,1 mm. Flertalet celler är mindre än 0,1 mm i diameter (se sidan 33) och kan alltså inte studeras utan hjälpmedel.

Med hjälp av ljusmikroskop kan man se t.ex. cell-kärnor och kloroplaster som är förhållandevis stora organeller. För ännu mindre detaljer är ljusmikroskop otillräckliga på grund av ljusets förhållandevis långa våg-längder. Begränsningen medför att förstoringar större än ca 1500 gånger är meningslösa. En förstoring över denna gräns skulle inte avslöja nya detaljer.

Vill man se t.ex. ribosomer eller delar av organeller krävs elektronmikroskop. Sådana började användas på 1930-talet.

I ett elektronmikroskop utnyttjas en elektronstråle i stället för ljus. Elektronvågorna har betydligt kortare våglängder än ljus, vilket gör det möjligt att studera strukturer som är mindre än en miljondels millimeter. Det innebär att man faktiskt kan se enstaka molekyler.

En elektronstråle bromsas lätt av materia. Därför måste strålgången befinna sig i vakuum och magnetfält ersätter ljus mik roskopets glaslinser.

I ett transmissions elektronmikroskop (TME), dvs. ett mikroskop där elektronstrålen passerar genom pre-paratet, bör inte detta vara tjockare än ca 0,001 mm. Det krävs naturligtvis avancerad teknik för att skära så tunna snitt av objekten som ska studeras.

I ett s.k. svepelektronmikroskop (SEM) låter man elektronstrålen svepa över objektets yta. Strålen är till-räckligt energirik för att atomer på objektytan i sin tur ska avge elektroner (joniseras). Dessa elektroner träffar en detektor vars signaler omvandlas till en bild. Med denna teknik får man detaljrika bilder av ytan på t.ex. celler.

Till skillnad från ljusvågor kan elektronvågor bara ge svartvita bilder. När man ser elektronmikroskopbilder i färg ska man veta att dessa är färglagda i efterhand, ofta efter tycke och smak. Encelligalg(kiselalg)avbildadmedsvepelektronmikroskop.

Mitokondrieochendoplasmatisktnätverk(rödalinjer)avbildademedtransmissionselektronmikroskop.

Endjurcellfotograferadgenomljusmikroskop.Mansercellkärnanochcellmembranet.


Virus – mindre än cellerVirussjukdomar som rabies och polio har varit kända under århundra-den. Förr viste ingen vad som orsakade dessa fruktade sjukdomar. De okända smittämnena kallades bara för gift. Namnet virus kommer från det latinska ordet för gift.

Virus är betydligt mindre än bakterier och kan bara ses med hjälp av elektronmikroskop. Därför var det först under senare delen av 1900-talet som forskning lärde oss hur virus är byggda. De består i princip av en proteinkapsel som innehåller arvsmassa i form av DNA, eller RNA som vi återkommer till senare (sidorna 50 – 56). Virus är egentligen inget annat än arvsanlag i en ”proteinförpackning”. De har ingen egen ämnes-omsättning och de kan inte föröka sig på egen hand. Eftersom virus inte heller är celler, brukar de inte betraktas som levande varelser.

Utnyttjar cellerVirus är beroende av celler för att kunna föröka sig. Vissa utnyttjar bakte-rier medan andra infekterar eukaryota celler. Det börjar med att ett virus fäster vid en cellytan och tömmer sitt DNA (eller RNA) i cellen. Sedan kan virusets arvsmassa ta över kommandot i cellen och lura den att bilda nytt virus. Ofta slutar detta med att cellen dör och spricker. Då kommer många viruspartiklar ut och kan infektera nya celler.

Det förekommer även att virus-DNA byggs in i värdcellens eget DNA. Där kan det ligga gömt och vila under fl era cellgenerationer, tills det akti-veras av någon utlösande faktor. Först då påverkas värdcellen och börjar tillverka nytt virus.

1Virus tömmer sin arvsmassa i en cell som i detta fall är en bakterie.

2 Virusets arvsmassa har fått cellen att börja tillverka nytt virus.

3 Cellen spricker och virus sprids.

Hurvirusförökarsig.Virussomangriperbakterierkallasbakteriofager.Virussomangriperbakterierkallas

arvsmassa (DNA)

Viruskanseutpåolikasätt.Bildenvisarenmodellavinfluensavirus.


Något om livets kemiFörutom vatten består celler av främst kolföreningar (organiska ämnen) som t.ex. kolhydrater, lipider och proteiner. Celler är även beroende av oorganiska ämnen som vi kallar närsalter eller mineralämnen.

KolhydraterOrdet hydrat avslöjar att ett ämne innehåller vatten H2O. Förutom kol-atomer består kolhydrater av väte- och syreatomer i samma proportion som vatten. Om man skriver ihop de kemiska tecknen för kol och vatten blir det CH2O. Jämför detta med C6H12O6 som är formeln för kolhyd-raten glukos (druvsocker). Som du ser är förhållandet mellan antalet kol-, väte- och syreatomer detsamma som i ”grundformeln” CH2O.

MonosackariderKolhydraternas molekyler kan vara formade som enstaka eller hop-kopplade ringar som vi kallar ”sockerringar”. Glukos och fruktos (fruktsocker) är exempel på kolhydrater vars molekyler består av en enda sockerring. Därför kallas dessa för enkla sockerarter eller mono-sackarider (mono = 1). Både glukos och fruktos fi nns i t.ex. bär, frukter och honung.

DisackariderEnkla sockerarter kan ”kopplas ihop” till sammansatta sockerarter. Om dessa bildas av enbart två sockerringar kallas de disackarider (di = 2). Sackaros är en sådan. Dess molekyler bildas av en ring från glukos och en från fruktos. Sackaros är ”vanligt socker” som används till bl.a. strösocker. Det utvinns ur sockerrör och sockerbetor.

Även laktos (mjölksocker) som ingår i mjölk och maltos (maltsock-er) som fi nns i säd är disackarider.

PolysackariderKolhydraterna cellulosa och stärkelse består av jättemolekyler. Dessa bildas i växter genom att många molekyler av glukos kopplas ihop efter varandra. De består alltså av många sockerringar och tillhör därmed gruppen polysackarider (poly = många). I cellulosan bildar sockerring-arna raka kedjor, medan stärkelsens molekyler är vridna som spiraler. Cellulosan ingår i växternas cellväggar. Stärkelsen används däremot som energiförråd (upplagsnäring) hos växter och lagras i t.ex. frön och potatis.

Enmodellavglukossomvisarhursexavmolekylensatomerbildarenring.Ifigurennedanfinnsenförenkladbildavglukos.Denvisarendast”ringen”iformavensexhörning.

Exempelpåkolhydrater.

kolatom

syreatom

väteatom

glukos fruktos

sackaros

cellulosa

stärkelse


LipiderLipider är en brokig grupp av ämnen som tillhör le-vande varelser och som är olösliga eller mycket svår-lösliga i vatten. Ibland kallas lipider för ”fettartade ämnen”. Här ska vi nöja oss med att beskriva två grupper av lipider, nämligen fetter och fosfolipider.

FetterEn fettmolekyl har bildats av en glycerol- och tre fett-syramolekyler. Det finns olika sorters fettsyror, men alla har molekyler som domineras av en lång kedja av kolatomer. Om det bara finns enkelbindningar mellan kolatomerna (C–C) är fettsyrorna mättade. Fettsyror som innehåller en dubbelbindning (C=C) mellan två av sina kolatomer sägs vara omättade. Förekommer det fler än en dubbelbindning mellan kolatomerna i molekylen talar man om fleromättade fettsyror.

Animaliskt fett (djurfett) brukar innehålla myck-et mättade fettsyror. Dessa fetter är fasta vid rums-temperatur. Vegetabiliskt fett (växtfett) och fiskfett brukar däremot innehålla en stor andel omättade och fleromättade fettsyror. Dessa fetter är som regel flytande vid rumstemperatur.

Ett gram fett innehåller ungefär dubbelt så mycket energi som ett gram kolhydrater. Eftersom fett är så pass energirikt, är det lämpligt att lagra som reserv-bränsle (upplagsnäring). I människokroppen lagras fett i t.ex. hudens undre skikt och runt tarmarna.

C C C CHO

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H

C

H

C C

H H

H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

HHC

H

H

C C C C

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

C C

H H

H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

HHOH C OH

H

H C OH

H C OH

H

C C C CHO

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H

C

H

C C

H H

HC

H

CC

C

HH

H

HH

HC

H

H HC

H

H

C C C C

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H

C

H

C C

H H

HC

H

CC

C

HH

H

HH

HC

H

H HC

H

H

C C C C

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H

C

H

C C

H H

H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

HHC

H

H

C C C C

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

C C

H H

H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

HHOH C O

H

H C O

H C O

H

Detkrävsenmolekylavalkoholenglycerolochtreavfettsyrorförattbildaenfettmolekyl.

fettmolekyl

glycerol

mättad fettsyra

omättad fettsyra

fleromättad fettsyra

Lövsångarenätermycketochbyggeruppettfettlagerinnandenflyttar.Fettetanvändssom”flygbränsle”.FågelntapparfaktiskthalvasinviktunderresanfrånSverigetillAfrika.


FosfolipiderEn fettmolekyl bildas av en glycerolmolekyl och tre fettsyramolekyler. Om vi ersätter en av fettsyramolekylerna med en fosfatgrupp bildas istället en fosfolipid. Fosfatgruppen kan i sin tur binda andra molekylgrupper. Dessa symbolise-ras med bokstaven R i figuren till vänster.

Fosfolipidens båda ”svansar”, dvs. fettsyror-nas långa kolvätekedjor, löser sig inte i vatten. De är vattenavstötande eller som man också säger hydrofoba. Fosfolipidens ”huvud”, som innefattar den laddade fosfatgruppen, är däre-mot hydrofilt (vattenälskande) och kan lösas i vatten.

Eftersom fosfolipidernas molekyler har en hydrofob och en hydrofil ände kan de bilda skiljeväggar mellan vattenlösningar. Detta utnyttjas av celler. Deras cellmembran består huvudsakligen av fosfolipider. Där bildar fosfolipiderna ett dubbelt molekylskikt. Molekylerna i det yttre skiktet vänder sina hydrofila huvuden mot vattnet som omger cellen, medan molekylerna i det inre skiktet riktar sina huvuden mot vattnet i cellens inre (cellplasman). Därmed är samtliga hydrofoba svansar vända mot membranets mitt och undviker på så sätt vatten. Om fosfolipider blandas med vatten kan de faktiskt formera sig helt spontant i dubbla molekylskikt på samma sätt som i ett cellmembran.

C C C C

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

C C

H H

H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

HHO

C C C C

O H H H

H H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

C C

H H

H H

C

H

H

C C C

H H H

H H H

C

H

H

HHO

HCO

H

H C O

H C O

H

O P

O

O–

R

fosfatgrupp

hydrofoba ”svansar”

hydrofilt ”huvud”

Enfosfolipid.Jämförmedfettmolekylenpåsidan37.

skikt avfosfolipider

hydrofob ”svans”

hydrofilt ”huvud”

Ettcellmembranbestårhuvudsakligenavettdubbeltskiktavfosfoli-pider.Blanddessaföre-kommerävenproteinersombl.a.skötertrans-portavämnengenomcellmembranet.Vissaproteinerbildarbarakanaler,medanandra”pumpar”ämnenaktivtgenommembranet.

kanalprotein


ProteinerProteiner är viktiga för såväl cellers byggnad som funktion. Ett exempel på protein som påverkar funktionen visas i nedre bilden på föregående sida. Där syns protein som deltar i transporten av ämnen genom ett cellmembran. Enzymer är andra livsavgörande proteiner. De styr nämligen kemiska reaktioner i levande varelser. Enzymerna påskyn-dar kemiska reaktioner utan att själva förbrukas.

Proteinmolekyler består av aminosyror. I le-vande varelser fi nns 20 olika sorters aminosyror som kan kopplas ihop i olika ordningsföljder och därmed bilda olika typer av proteiner. För att få en bild av detta kan du tänka dig aminosyrorna som alfabetets bokstäver och proteinerna som de skrivna orden. Proteinmolekylerna kan dock inne-hålla väldigt många aminosyror, ibland fl era tusen stycken.

Cellerna i din kropp kan tillverka 12 av de 20 aminosyrorna som du behöver. Resten är så kall-lade essentiella aminosyror (livsnödvändiga ami-nosyror). Dessa måste ingå i födan. Det är viktigt att din mat är varierad så att du säkert får alla essentiella aminosyror i tillräcklig mängd.

NärsalterKolhydrater, lipider och proteiner består huvudsakligen av grundämnena kol C, väte H och syre O. Dessa kan bl.a. växter och alger hämta från koldioxid CO2 och vatten H2O (se sidan 44). Celler kräver dock fl er grundämnen än kol, väte och syre. Det ingår t.ex. kväve N och svavel S i protein. Fosfor P behövs till bl.a. fosfolipider och DNA. Kalium K och järn Fe krävs för att vissa enzymer ska fungera. Magnesium Mg ingår i klorofyll osv.

Alla dessa livsnödvändiga grundämnen förekommer i salter i marken. Vi kallar dem närsalter eftersom levande varelser är beroende av dem som oorganiska näringsämnen. Ett annat ord för närsalter är mineralämnen. De tillhör ju jordskorpans fasta beståndsdelar (mineraler).

När salterna löses i vatten frigörs deras joner och blir åtkomliga för t.ex. växternas rötter. Till höger ser du exempel på joner som kan följa med när växter suger vatten från marken. Närsalterna kan sedan övergå till djur som äter växter osv.

Brist på närsalter leder till bristsymtom. Om t.ex. en växt får för lite magnesium störs bildningen av klorofyll och bladens gröna färg bleknar.

sackaros glukos fruktos

enzym enzym enzym

Ensackarosmolekylbindstillettpassandeenzymsombryterbindningenmellan”sockerringarna”.Därmedbildasglukosochfruktos.Sedankanenzymetdelaennysackarosmolekyl.

Ettproteinbeståravaminosyrorsomlänkatssamman.Deenk-lasteaminosyrornaheterglycin(Gly)ochalanin(Ala).Ävenandraaminosyrorsnamnförkortasmedtrebokstäver.

N

H

C COOHH

H2 N

H

C COOH

CH3

H2

Andralivsnödvändigagrundämnenänkol,väteochsyrehärstammarfrånnärsalter.

HPO42–

SO42–

NO3–

NH4+

Fe2+

K+

Mg2+

glycin (Gly) alanin (Ala)

del av proteinmolekylPhe Gly

LysMet

AlaCys

Lys

Gly Ala

Phe

Arg

Met

GlyArg


Ämnesutbyte på cellnivåEn cell har ett ständigt utbyte av ämnen med omgivningen. Ämnestran-sporten genom cellmembranet kan ske passivt eller aktivt.

Passivt ämnesutbyteTänk dig att du lägger några korn natriumklorid i en bägare med vatten. Efter en tid har saltet löst sig och jonerna är jämnt fördelade i hela vatten-volymen. Detta beror på att såväl vattenmolekylerna som jonerna har en inneboende rörelseenergi (värmerörelse). Rörelsen medför att partiklarna sprids tills koncentrationen av dem är lika stor överallt där de kan finnas. Detta kallas diffusion (spridning).

Små, oladdade molekyler som t.ex. vatten, syrgas och koldioxid sprids mer eller mindre obehindrat genom ett cellmembran. Stora molekyler och joner brukar däremot inte passera fritt. Därför säger man att ett cellmem-bran är halvgenomsläppligt eller semipermeabelt.

På bilden intill visas en cell i rent vatten. Cellplasman innehåller också vatten, men dessutom lösta salter och organiska ämnen. På grund av dif-fusion kommer vatten att röra sig in och ut genom cellmembranet, medan jonerna och de större molekylerna i cellplasman hålls innestängda. Efter-som halten vatten är större utanför cellmembranet än i cellplasman (där vattnet är ”uppblandat” med andra ämnen) sprids fler vattenmolekyler in i cellen än ut genom membranet under en viss tid. Det pågår med andra ord ett nettoflöde av vatten in i cellen. Sådan nettotransport av vatten genom ett semipermeabelt membran kallas osmos.

Tack vare osmos kan t.ex. växtceller suga upp vatten från omgiv-ningen. Cellväggen hindrar växtcellerna från att spricka, även om vätske-trycket i dem blir stort.

Om celler hamnar i vatten med större salthalt än cellplasman, uppstår ett nettoflöde av vatten ut ur cellerna. Sådan ”uttorkning” av celler för-klarar varför många organismer som är anpassade till insjöar inte över-lever i havsvatten.

Aktivt ämnesutbyteEn cell måste vara aktiv för att flytta joner och större molekyler genom cellmembranet. Ämnena kan t.ex. ”pumpas” genom cellmembranet med hjälp av membranets proteiner (se sidan 40). All sådan aktiv ämnestran-sport kostar energi.

Amöbor är exempel på celler som kan ”sluka” näringspartiklar. Det går till så att amöborna ändrar form och ”omringar” partiklarna med den egna cellplasman. På så sätt innesluts födan i blåsor i cellerna. I dessa blåsor spjälkas (sönderdelas) sedan maten med hjälp av enzymer.

vattenflöden

Endjurcellomgivenavvattenutanlöstaämnen.Eftersomvattenhaltenärhögstutanförcellen,”sprids”flervattenmole-kyleringenomcellmembranetänuturcellen.Detledertillattcellensvällerochslutligenkandenspricka.

Enillustrationsomvisarhuramöbanäter.Denändrarsinformochinnesluterenmikroskopiskalgicellplasman.


Energi till livetVi har redan nämnt att organiska ämnen som t.ex. kolhydrater och fetter är viktiga för cellers energiförsörjning. Organiska molekyler innehåller nämligen mycket kemiskt bunden energi och vissa av dem kan användas som bränsle i celler. Dessa organiska ämnen kan vi därför kalla energirik näring. Cellernas förbränning av energirik näring kan faktiskt jämföras med förbränning av ved, kol, olja, bensin och andra bränslen.

Förbränning av kol och kolvätenDet som händer när kol brinner är att kolatomer förenas med syreatomer så att gasen koldioxid bildas. När kolet och syret binds samman frigörs energi i form av främst värme. Förbränningen av kol kan sammanfattas så här:

Bensin är en blandning av organiska ämnen som kallas kolväten. Deras molekyler har ett ”skelett” av kolatomer och på dessa sitter enbart väte-atomer. Molekylerna kan se ut så här:

När molekylen ovan förbränns reagerar kolatomerna med syre under bildning av koldioxid, på motsvarande sätt som när rent kol brinner. Vä-teatomerna som sitter på kolskelettet reagerar också med syre under för-bränningen. Då bildas vattenmolekyler. Därför sprids både koldioxid och vattenånga från avgasröret på en bil. Förbränning av organiska ämnen i t.ex. bensin kan sammanfattas så här:

KOL + SYRE KOLDIOXID + ENERGI

väteatom

kolatom

ORGANISKT ÄMNE + SYRE KOLDIOXID + VATTEN + ENERGI

Vedochgrenarbeståravorganiskaämnenochnärdebrinnerbildasfrämstkoldioxidochvatten.Organiskaämnenärrikapåkemisktbundenenergi.Underförbränningenomvandlasendelavdennatillenergiiformavvärme,ljusochljud.


CellandningCeller använder i första hand glukos som bränsle. Även denna förbrän-ning kräver syre och kallas därför cellandning. Liksom vid vanlig för-bränning av t.ex. ved och bensin bildas koldioxid och vatten under cell-andningen. Till skillnad från vanlig förbränning sker dock cellandningen vid låg temperatur (det kan ju inte brinna i en cell). Detta klarar cellerna med hjälp av enzymer.

Energin som frigörs vid cellandningen lagras först som kemiskt bun-den energi i molekyler vars namn förkortas ATP (adenosintrifosfat). Dessa kan liknas vid små laddade batterier som transporteras till ställen i cellen där energin behövs. Efterhand som energin används i cellen omvandlas den till värme som slutligen strålar ut i omgivningen.

Hos eukaryota celler sker cellandningen i mitokondrierna. I proka-ryota celler (bakterier och arkéer) sker däremot cellandningen med hjälp av enzymer vid insidan av cellmembranet.

FotosyntesHur bildas organiska ämnen i naturen? Jo, de härstammar med vissa un-dantag från växter, alger och blågröna bakterier (se sidan 00). Dessa har nämligen fotosyntes (foto = ljus, syntes = sammansättning), vilket innebär att de utnyttjar ljusenergi för att tillverka glukos av de mindre energirika ämnena koldioxid och vatten. Ljusenergin omvandlas vanligen med hjälp av det gröna ämnet klorofyll som alltså kan liknas vid ”solfångare”.

CELLANDNING

ENERGI (först i ATP)GLUKOS + SYRGAS KOLDIOXID VATTEN

+ 6 st 6 st 6 st+

C6H12O6 6 O2 6 CO2 6 H2O+ +

+ +

FOTOSYNTES

GLUKOS+ SYRGASKOLDIOXID VATTEN

+ 6 st6 st 6 st+

C6H12O6 6 O26 CO2 6 H2O+ +

+ +LJUSENERGI

Ävenväxterharcellandning.Skulledeintekunnautnyttjaljusenergindirekt,iställetförattförsttillverkaglukossomsedanförbränns?Nej,tillskillnadfrånkemisktbundenenergiimolekylerkanljusenergivarkensparasellertransporterasienväxt.Cellernabehöverjuenergiävenpånattenochrötternascellerfåraldrigljus.


Förutom glukos bildas syrgas under fotosyntesen. Till fotosyntesen behövs nämligen bara vattenmolekylernas väteatomer och därför blir syre över som en restprodukt. Syrgasen sprids till omgivningen.

All glukos som bildas används inte till cellandning. En del omvandlas till andra organiska ämnen. Celler kan nämligen använda kolskelettet i glukos till att bygga andra kolhydrater, lipider eller proteiner. Därmed innehåller även dessa ämnen energi som ursprungligen kommer från sol-en (eller lamporna i t.ex. växthus).

Auto- och heterotrofa organismerGröna växter är exempel på autotrofa organismer (autos = själv, trofe = näring). Det innebär att de själva tillverkar ener-girik näring ur oorganiska ämnen som koldioxid och vatten. De kan med andra ord försörja sig utan att utnyttja andra organismer.

Organismer som använder ljus som energikälla för sin pro-duktion av energirik näring kallas fotoautotrofer. Hit räknas växter, alger och blågröna bakterier

Några bakterier är kemoautotrofer. De utnyttjar inte ljus-energi utan utvinner energi genom att oxidera vissa oorga-niska ämnen. Ett exempel är järnbakterier som tar tillvara en-ergin som frigörs då järn(II)joner (Fe2+) oxideras till järn(III)joner (Fe3+).

Djur, svampar och flertalet bakterier är heterotrofer (he-teros = annan). De kan inte själva tillverka energirik näring, utan tvingas skaffa denna på annat sätt. Djuren får den med födan när de äter t.ex. växter. Många svampar och bakterier lever som nedbrytare. De sönderdelar döda växter och djur och utnyttjar näringen i dessa. Nedbrytare kallas även sapro-fyter (sapros = rutten, fyton = växt). Det är också vanligt att heterotrofer är parasiter, dvs. de livnär sig på andra levande varelser på ett sätt som är negativt för dessa. Svampen björk-ticka som växer på björkstammar är ett av många exempel.

ljusenergi energi (värme)FOTOSYNTES CELLANDNING

koldioxid + vatten

glukos + syrgasGlukos,syrgas,vattenochkoldi-oxidingåriettkretsloppochtardärförinteslut.Underfotosyn-tesenomvandlasljusenergitillkemisktbundenenergi.Dennafrigörssedanviacellandning.Efterhandsomenerginanvändsblirdenvärmesomslutligenstrålarutirymden.Därförbehövsständigtnyenergifrånsolen.

Björkenärautotrof.Påbjörkstammenväxerbjörktickansomärheterotrof.Dentarnäringfrånbjörkensommedtidendrabbasavröta.


Levande varelser• består av celler • kan fortplanta sig • har ämnesomsättning • omsätter energi• reagerar på sin omgivning

Cellen är den minsta levande enheten. En vävnad består av fl era likartade celler med samma uppgift. Olika väv-nader kan bilda ett organ.

Cellmembranet reglerar cellens inre miljö. Cellkärnan innehåller gener som består av DNA. Mitokondrier ansvarar för cellandning och kloroplaster för fotosyntes. Cellens endoplasmatiska nätverk ska bl.a. transportera ämnen inom cellen. Med hjälp av ribosomer kopplas aminosyror ihop till proteinmolekyler. Vakuoler och cellväggar ger växternas celler stadga.

Bakterier har prokaryota celler. Till skillnad från eu-karyota celler saknar de avgränsad cellkärna och andra membranomslutna organeller.

Små celler har större area i förhållande till sin volym än vad stora celler har. Därmed är det lättast för små celler att ha tillräckligt ämnesutbyte med omgivningen. Dess-utom behöver inte ämnen transporteras så långt inom små celler som i stora. Detta kan förklara varför fl ertalet celler är små.

Ett preparat till ett ljusmikroskop består normalt av objekt, objektglas och täckglas.

Virus är mindre än celler och består huvudsakligen av en proteinkapsel med arvsanlag. Virus förökar sig genom att ”infektera” celler med sina arvsanlag som ”lurar” cellerna att bilda nytt virus.

Ett cellmembran har ett dubbelt skikt av fosfolipider. Dessa vänder sina hydrofoba ändar mot varandra och sina hydrofi la ändar mot det omgivande vattnet respek-tive cellplasman.

Ett enzym består av protein och kan påskynda en kemisk reaktion utan att förbrukas.

Levande varelser behöver närsalter (mineralämnen) för att få alla nödvändiga grundämnen.

Osmos är passiv ämnestransport genom ett semiper-meabelt membran. Ett exempel är den nettotransport av vatten som sker genom ett cellmembran, i riktning mot den sida av membranet som har högst halt lösta ämnen.

Växter, alger och blågröna bakterier har fotosyntes och är därmed fotoautotrofa organismer. Vissa bakterier är kemoautotrofa. De bildar energirik näring med hjälp av energi som frigörs då oorganiska ämnen oxideras. Djur, svampar och fl ertalet bakterier är heterotrofa. De är beroende av energirik näring från autotrofa or-ganismer. Bland heterotroferna fi nns växtätare, rovdjur samt nedbrytare (saprofyter) och parasiter. Med vissa undantag har alla organismer (inklusive växter) cellandning.

Sammanfattning

LJUSENERGI + KOLDIOXID + VATTEN DRUVSOCKER + SYRGAS

FOTOSYNTES

CELLANDNING

DRUVSOCKER + SYRGAS KOLDIOXID + VATTEN + ENERGI


W E B B S T Ö D: www.gleerups.seTesta dig själv2.1 Vad skiljer en levande varelse från något ickelevande?

2.2 Förklara följande begrepp a) vävnad b) organ c) organell

2.3 a) Namnge de utpekade delarna i cellerna. b) Skriv något om den funktion som var och en av de utpekade delarna har.

2.4 Beskriv kortfattat skillnaden mellan bakterier och eukaryota celler.

2.5 Vilka av följande objekt kan man se med hjälp av ljusmikroskop? kloroplast virus cellkärna ribosom

2.6 Vad kan en cell ha för fördelar av att vara liten?

2.7 Till vad använder växter a) stärkelse b) cellulosa

2.8 Ge exempel på någon funktion som fett har hos levande varelser.

2.9 Ge en kortfattad beskrivning av cell- membranets uppbyggnad.

2.10 Ge exempel på varför celler behöver grund- ämnet a) kväve b) fosfor

2.11 Varför sväller en djurcell om den placeras i avjonat vatten?

2.12 a) Beskriv fotosyntesen? b) Vilken betydelse har fotosyntesen för livet på jorden?

2.13 Varför behöver växter cellandning, trots att de kan utvinna ljusenergi?

2.14 Förklara begreppet a) autotrof b) saprofyt c) parasit

TÄNK UT2.15 Antag att du ställer i ordning fyra slutna och lufttäta akvarier med följande innehåll:

A

B

C

D

När akvarierna har ställts i ordning förvaras de en natt i mörker. I vilket akvarium bör det fi nnas mest koldioxid när det blir morgon?

TA REDA PÅ2.16 Vilka av följande organismer är autotrofa och vilka är heterotrofa? a) havsnejlika b) tallört c) gröngöling d) blåstång e) vitmossa f) pepparriska

enbart vatten

vatten + vattenväxt

vatten + grodyngel

vatten + vattenväxt + grodyngel

A

B

C

D E F G

4948

3Arvets budbärare

4948

Skärfläckornafortplantarsigochspridersinagenertillkommande generationer.Individerdörmengener”levervidare”.

Syfte och målSyften i ämnesplanenUtveckla kunskaper om biologins begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder. Utveckla kunskaper om biologins betydelse för individ och samhälle.Utveckla förmågan att använda kunskaper i biologi för att kommunicera samt för att granska och använda information.

Mål i kapitlet• Kunna redogöra för sambandet mellan gener och cellers proteinsyntes.• Känna till vad som menas med replikation, transkription och translation. • Kunna redogöra för vanlig celldelning (mitos) och reduktionsdelning (meios).• Kunna ge exempel på könlös förökning samt kunna jämföra könlös förökning med könlig.• Känna till gen- och kromosommutationer samt ge exempel på konsekvenser till följd av dessa.

Recept på proteinGener består av DNA. I det här kapitlet ska vi se hur information lagras i DNA och hur informationen kan läsas och komma till uttryck. Vi ska också se vad som händer med DNA i samband med celldelningar och fortplantning.

Proteinerna gör skillnadenProtein är viktigt ”byggmaterial” i levande varelser. Bland annat naglar, hår, hud och muskler består av protein. Det gör även enzymer. Dessa på-skyndar kemiska reaktioner och är avgörande för organismers livsfunk-tioner.

En proteinmolekyl består av upp till 20 olika sorters aminosyror som är sammanlänkade i en viss ordning (se sidan 41). De största proteinmo-lekylerna är dessutom sammansatta av fl era tusen aminosyror. Därmed är antalet varianter av proteinmolekyler som kan bildas i princip obegrän-sad. Detta bidrar till att varje individ har unika egenskaper. Andra ämnen som lipider och kolhydrater är inte unika på samma sätt som proteiner.

Lite förenklat kan man säga att gener är recept på proteinmolekyler. Generna styr cellernas produktion av proteiner genom att bestämma i vil-ken ordning aminosyrorna ska länkas samman. Därmed präglar de också individernas egenskaper.

Blodetsrödaämnehemoglobinochväxternasklorofyllärproteinersomärbyggdapådettasätt.Fyrakedjoravaminosyrorärförenade.Varochenavkedjornaärbådespiralvridenochveckad.IhemoglobiningårdessutomFe2+-jonerochiklorofyllMg2+-joner.

kedja av aminosyror

spiral-vriden ...

... ochveckad

fyra förenade kedjor av aminosyror

50 3 – Arvets budbärare 513 – Arvets budbärare

DNA och RNAGregor Mendel (se sidan 22) använde inte begreppet gener, men redan på 1860-talet kunde han avslöja deras existens. Sedan dröjde det till tidigt 1900-tal innan forskare kunde lokalisera generna till de cell-strukturer som kallas kromosomer. Dessa tillhör cellkärnan och syns tydligt i samband med celldel-ningar. Ordet kromosom betyder färgkropp (gre-kiska chroma = färg, soma = kropp). Kromosomer binder vissa färgämnen som gör dem lätta att studera i mikroskop.

Forskare upptäckte tidigt att kromosomer inne-håller såväl nukleinsyra som protein. Nukleinsyran är nu känd som DNA, vilket är en förkortning för DeoxiriboNucleic Acid. Det svenska namnet är de-oxiribonukleinsyra. På 1940-talet bevisades att det är nukleinsyran och inte proteinet som bär informa-tion om egenskaper. Avslöjandet skedde då en fors-kare överförde enbart DNA från sjukdomsalstrande bakterier till en icke sjukdomsalstrande bakteriestam. Sedan visade han att även de senare bakterierna kun-de framkalla sjukdom hos möss.

År 1953 presenterade James Watson och Francis Crick en detaljerad modell av DNA-molekylens byggnad. De visade att DNA är sammansatt på ett sådant sätt att det kan kopieras. Därmed förstod man hur det kan bildas kopior av gener i samband med celldelningar.

Idag vet vi att DNA styr i vilken ordning olika aminosyror sätts sam-man när celler bildar proteiner. I denna process deltar även ribonuklein-syror vars namn förkortas RNA (engelska RiboNucleic Acid).

Vi ska nu beskriva hur nukleinsyrorna DNA och RNA är byggda och hur dessa samverkar när celler bildar proteiner.

Kedjor av nukleotiderNukleinsyror består av många nukleotider som var och en innehåller en fosfatgrupp, en monosackarid (se sidan 38) och en s.k. kvävebas.

I DNA-molekylens nukleotider ingår monosackariden deoxiribos, medan RNA innehåller den snarlika sockerarten ribos. Därav namnet deoxiribonukleinsyra respektive ribonukleinsyra.

Det finns fem olika kvävebaser som kan ingå i nukleotiderna. De be-nämns med första bokstaven i respektive namn, nämligen C (cytosin), G (guanin), A (adenin), T (tymin) och U (uracil). I DNA finns C, G, A och T. I RNA finns däremot C, G, A och U.

Ennukleotidinnehållerenfosfatgrupp,enavtvåalternativamonosackariderochenavfemalternativakvävebaser.

Ennukleinsyrabeståravsamman-länkadenukleotider.Bildenvisarfyranukleotideriendelavennukleinsyra.

C

CC

CC

N

N N

N

NH2

HH

HC

CC

CC

N

N N

NH2 H

HN

H

O

C

CCH

CHN

N

HO

NH2

C

CCH

CHN

N

HO

O

H

C

CC

CHN

N

HO

O

HCH3

OC C

C COH OH

H H

OH

HH

CHH

HOO

C C

C COH H

H H

OH

HH

CHH

HO

O

O O

O

P–

–

KVÄVEBAS

MONO-SACKARID

FOSFAT-GRUPP

A G

C T

ribos

U

deoxiribos

nukleo-tider

T

A

C

G


EnkromatintrådinnehållerenDNA-molekyllindadkringspolaravprotein(bl.a.histoner).DNA-molekylenbeståravtvåspiralvridnanukleotidkedjor.Debådakedjornaärförenademedvätebindningar(streckadelinjer)mellannukleotidernaskvävebaser.SomframgåravfigurenkankvävebasernaAochTförenas,medanGalltidbildarparmedC.Isambandmedcelldelningpackaskromatintrådentillenkromosom.

protein (histon)

GT

C

A

GT

CA

G

TC

A

G

TC

A

kvävebaser

kromatintråd

kromosom

DNA

DNA-molekylens byggnadEn DNA-molekyl består av två långa nukleotidkedjor som slingrar sig om varandra och bildar en s.k. dubbelspiral. De båda nukleotidkedjorna hålls ihop genom att kvävebaserna i den ena kedjan bildar vätebindningar (ganska svaga kemiska bindningar) med kvävebaserna i den andra ked-jan. Kvävebasernas ”passform” är sådan att A bara binds till T medan C alltid binds till G. I figuren nedan visas även hur man brukar markera kvävebaserna som ”stegpinnar” i DNA-spiralen.

I var och en av dina celler finns 46 DNA-molekyler som tillsammans är nästan två meter långa. Som du förstår måste molekylerna ligga myck-et hopträngda och veckade för att få plats i cellkärnan vars diameter är mindre än en hundradels millimeter. Det råder ändå ordning och reda i cellkärnan genom att DNA-trådarna är lindade kring proteiner, bl.a. så kallade histoner. DNA:t och proteinerna bildar tillsammans kromatin-trådar. När en cell ska dela sig packas DNA-molekylerna ytterligare. Då formas DNA:t med sina proteiner till kompakta ”stavar” som vi kallar kromosomer (se förra sidan). Det går inte att urskilja enskilda kromatin-trådar med ett ljusmikroskop. Kromosomer brukar däremot vara lätta att se. Om man vill räkna cellers DNA-molekyler ska man alltså passa på medan cellerna delar sig.

I det vardagliga språket skiljer man inte alltid på kromatintrådar och kromosomer. Ofta säger man att människans celler har 46 kromosomer utan att tänka på om cellerna delar sig eller inte.


Tabellenvisarsambandetmellantri-pletteravkvävebaseriDNAochdeaminosyrordessakodarför.Itabellenanvändsvedertagnaförkortningarföraminosyrornasnamn,t.ex.Cys=cystein.A-C-Aärenavtripletternasommotsvararcystein.

Triplettens1:a kvävebas A G T C

Phe Phe Leu Leu

Ser Ser Ser Ser

Tyr Tyr stopp stopp

Cys Cys stopp Trp

Leu Leu Leu Leu

Pro Pro Pro Pro

His His Gln Gln

Arg Arg Arg Arg

Ile Ile Ile Met/start

Thr Thr Thr Thr

Asn Asn Lys Lys

Ser Ser Arg Arg

Val Val Val Val

Ala Ala Ala Ala

Asp Asp Glu Glu

Gly Gly Gly Gly

Triplettens2:a kvävebas

Triplettens 3:e kvävebas

A

G

T

C

A

G

T

C

A

G

T

C

A

G

T

C

A

G

T

C

C

G

T

A

C

A

C-G-T

A-C-A

Cys cystein

Ala alanin

IDNAkankvävebasernadelasinitri-pletter.Dessaärkoderföraminosyrorenligtfigurensexempel.TriplettenC-G-Tmotsvararaminosyranalaninosv.

Den genetiska kodenOm man följer en av de båda strängarna i en DNA-spiral kan man avläsa en sekvens av kvävebaser. Det är denna ordningsföljd av kvävebaser som bestämmer i vilken ordning aminosyror sammanfogas när ett protein bil-das. På så sätt lagrar DNA information om proteiners byggnad.

Lite förenklat kan vi nu beskriva en gen som det avsnitt av en DNA-molekyl som kodar för ett visst protein. Det fi nns många, ofta hundratals, gener i en DNA-molekyl. En DNA-molekyl kan alltså innehålla ”recept” på fl era olika proteiner.

Inom genen defi nieras varje aminosyra av tre kvävebaser som fi nns intill varandra i en DNA-sträng. En sådan kombination av tre kvävebas-er kallas triplett. Som exempel kan nämnas att tripletten C-G-T svarar mot aminosyran alanin (Ala) och tripletten A-C-A är kod för aminosyran cystein (Cys).

DNA-molekylens fyra sorters kvävebaser (A, T, C och G) kan kombi-neras i tripletter på 64 olika sätt (43 = 64). Eftersom cellen bara använder 20 olika sorters aminosyror fi nns det fl er tripletter än aminosyror. Det har också visat sig att olika tripletter kan vara kod för en och samma ami-nosyra. Glycin (Gly) t.ex. kan översättas till såväl C-C-A, C-C-G, C-C-T som C–C–C i det genetiska språket.


En av de 64 möjliga tripletterna, nämligen T-A-C, har två uppgifter. Den är kod för aminosyran metionin (Met) och den markerar var på DNA-molekylen som en gen börjar.

De tre tripletterna A-C-T, A-T-T och A-T-C motsvarar ingen amino-syra. De används i stället som stoppsignaler för att markera var generna slutar.

Det är intressant att olika organismers tripletter kodar för samma aminosyror. Därför står t.ex. A-C-A för aminosyran cystein (Cys) hos såväl bakterier som svampar, växter och djur.

Replikation - kopiering av DNANär en cell delar sig bildas två dotterceller som båda ska ha en komplett uppsättning DNA och därmed gener. Det innebär att DNA-molekylerna måste kopieras innan celldelningen. Hur denna kopiering, som kallas DNA-replikation, går till framgår av figuren intill. Lägg märke till att kvävebaserna i figuren är ritade som ”pusselbitar” så att A och T respek-tive G och C bildar baspar.

DNA-replikationen styrs av enzymer. Ett par av dessa har markerats med grå ovaler i figuren och pilar visar i vilken riktning de arbetar.

1 Enzymet helikas lindar upp dubbelspiralen respektive bryter vätebindningarna mellan kvävebaserna.

2 I cellkärnan finns fria nukleotider. Kvävebasen på en så-dan kan bindas till någon av kvävebaserna på en öppen DNA-sträng. A kopplas alltid till T och G kan bara förenas med C. Enzymet DNA-polymeras binder de nytillkomna nukleotiderna till varandra så att dessa bildar en samman-hängande kedja (en DNA-sträng). Den ursprungliga DNA-molekylens båda strängar fungerar med andra ord som mallar till de nya DNA-strängarna. Figurens vänstra DNA-sträng byggs i en följd utan avbrott. I den högra DNA-strängen arbetar DNA-polymeras i mot-satt riktning och bygger den nya DNA-strängen bit för bit. Att DNA-polymeras arbetar åt olika håll beror på att den ursprungliga DNA-molekylens båda strängar är motsatt riktade.

3 Tack vare att A bara bildar par med T och att G bara kombineras med C blir de två nya DNA-molekylerna kopior av varandra och av den ursprung-liga DNA-molekylen.

EnDNA-molekylöppnasochkopieras.

1

nukleotider

DNA-polymeras

C

G

T

AA

DNA

2

3

helikas

CG T


Från DNA till proteinDNA finns i cellkärnan. Cellens proteintillverkning sker däremot vid ri-bosomerna ute i cellplasman (se sidan 31). För att den genetiska informa-tionen ska nå ut till ribosomerna bildas mRNA-molekyler som avtryck av de aktuella DNA-avsnitten (av generna). mRNA-molekylerna kan sedan komma ut i cellplasman genom porer som finns i kärnmembranet. Bok-staven m i mRNA står för messenger som betyder budbärare.

Transkription – bildning av mRNABildningen av mRNA inleds med att enzymet RNA-polymeras fäster vid speciella ”styrsekvenser” av kvävebaser i DNA (se sidan 57). Sedan med-verkar enzymet till att bryta vätebindningarna mellan DNA-molekylens kvävebaser så att de båda nukleotidkedjorna successivt lossnar från var-andra inom den aktuella genen. På så sätt blottläggs genens kvävebaser och blir tillgängliga för ”kopiering”.

Kopieringen sker genom att fria nukleotider kopplas till de blottlagda kvävebaserna på den ena av DNA-molekylens båda strängar. Det är dessa nukleotider som sedan förenas till en mRNA-molekyl.

Bildningen av mRNA kallas transkription (omskrivning). Varje tri-plett i DNA blir ”omskriven” till en komplementär triplett, en så kallad kodon, i mRNA-molekylen (se bilden nedan).

I figuren nedan kan du se att mRNA innehåller kvävebaserna C, G, A och U (uracil). Den senare motsvarar T (tymin) hos DNA och kan bilda baspar med A (adenin).

AT C

GA T

CA G

CT G

CC A

TG G

CA G

CT G

CT G

CA G

GC G

CG C

TA C

GT A

GA U CU G UG G CU G

C

AG

C

GC

U

start-triplett triplett

stopp-triplett

kodonmRNA under uppbyggnad

RNA-polymeras

anslutande nukleotider

DNA

BildenvisarhurmRNAbildassomett”avtryck”avDNA.TripletteridenenaDNA-strängenöversättstillkodonerimRNA.Enstart-ochenstopptriplettmarkerarvargenenbörjarochslutarutmedDNA-strängen.Bildenärför-enklad.OftaingårövertusenkodonerienmRNA-molekyl.Varjetriplett,ochdärmedvarjekodon,motsvararenaminosyra.

start-kodon


Nukleotiderna till mRNA binds samman av en-zymet RNA-polymeras. När mRNA-molekylen är hopsatt, frigörs den från DNA-molekylen. Då är det bara den ena av de båda DNA-strängarna som har kopierats och den bildade RNA-molekylen består av en enkel nukleotidkedja (inte en dubbel som DNA). Efter transkriptionen återtar DNA-molekylen sin ur-sprungliga form.

Hos eukaryota celler brukar bara några få procent av DNA-molekylernas nukleotidsekvenser innehålla information om proteiner. Med andra ord utgör själva generna bara en liten del av DNA-molekylerna. Även inom generna finns nukleotidsekvenser som tycks sakna ”vettig” information. Dessa delar av DNA heter introner. Under transkriptionen kopieras även intronerna till mRNA. Därför måste nybildat mRNA bearbetas innan det kan användas. Det innebär att intronerna ”klipps” bort med hjälp av enzymer. Där-efter återstår bara partierna med relevant information och som kallas exoner. Dessa bildar det ”städade” och färdiga mRNA som lämnar cellkärnan.

AT C

GA T

CA G

CT G

CC A

TG G

CA G

CT G

CT G

CA G

GC G

CG C

TA C

GT A

GA U CU G UG G CU G

C

AG

C

GC

U

enzym

Enzymerklipperbortintronernaochbindersammandereste-randeexonernainnanmRNAlämnarcellkärnan.

färdigt mRNA

mRNA som lämnat DNA

exon intron exon

intron

exonexon

mRNA

cellkärna

IcellkärnansmembranfinnsporerdärmRNAkanpasserauticellplasman.

DNA


Translation – bildning av proteinTranslation (= översättning) innebär att den genetiska koden i mRNA ”översätts” till en sekvens av aminosyror som binds samman till ett protein. Detta sker med hjälp av små RNA-molekyler som kallas transfer-RNA eller bara tRNA (transfer = transportera). Dessa har tre kvä-vebaser som motsvarar någon av tripletterna som finns i tabellen på sidan 52 (med den skillnaden att kvävebasen U ersätter T). Det innebär att varje tRNA-molekyl mot-svarar en bestämd aminosyra som den också kan binda till sig.

Vi har använt ordet triplett om grupper av kvävebaser i DNA. Motsvarande tre kvävebaser i en tRNA-molekyl kallas antikodon. Även denna är komplementär med en kodon i mRNA (se bilden nedan).

Som vi har nämnt tidigare sker tillverkningen av protein vid ribosomerna i cellplasman. De små riboso-merna fäster vid mRNA och vandrar sedan längs med dessa trådformade molekyler. Medan en ribosom vand-rar utmed mRNA gör den ett kort uppehåll för respek-tive kodon. Detta för att en tRNA-molekyl med motsva-rande antikodon ska kunna kopplas tillfälligt till mRNA. tRNA-molekylen bär med sig sin specifika aminosyra. När ribosomen gör nästa uppehåll ansluter en ny tRNA-molekyl med sin aminosyra osv. Ribosomen medverkar till att aminosyrorna som förenas på detta sätt binds till varandra, samtidigt som de frigörs från sitt tRNA. På så sätt länkas aminosyrorna samman i den ordning som mRNA och ursprungligen DNA har bestämt. Efterhand som tRNA-molekylerna har släppt sina aminosyror, läm-nar de ribosomerna. På så sätt bildas ständigt ledigt ut-rymme för nytt tRNA med aminosyror.

Flera ribosomer kan vandra efter varandra utmed en mRNA-molekyl. Därmed kan flera likadana proteinmo-lekyler bildas i tät följd som på ett ”löpande band”.

aminosyror

tRNA

mRNA

ribosom

blivande protein

1 Ribosomen innehåller ”fack” för tre kodoner utmed mRNA. I dessa fack kan tRNA ansluta. Bilden visar hur en tRNA-molekyl lämnar ett fack efter att ha levere-rat sin aminosyra. Samtidigt kommer en tRNA-molekyl med en ny aminosyra till ett ledigt fack.

2 Den redan påbörjade kedjan av aminosyror har kopp-lats till den nyanlända aminosyran.

3 Ribosomen har flyttat ett steg (en kodon) utmed mRNA och en ny tRNA-molekyl kan ansluta.

1

2

3

mRNAkodon

antikodon tRNA

aminosyra

ItRNAfinnstrekvävebasersomutgörenantikodon.DepassarmotenspeciellkodonutmedmRNA.


GenregleringDu har varit en enda cell, nämligen en befruktad äggcell. Innan en cell delar sig kopieras allt DNA så att dottercellerna får samma antal och likadana DNA-molekyler som modercellen hade. Detta upprepas för varje cellgeneration och därför har i princip alla celler i din kropp sam-ma genetiska information som den befruktade äggcellen. Hur kan det då komma sig att kroppen består av olika sorters celler? Den innehåller t.ex. nervceller och muskelceller som bildar olika proteiner och som har olika funktioner. Svaret är genreglering som innebär att gener kan stängas av och sättas på. Dina nerv- och muskelceller innehåller identiska gener, men vissa av dem är bara påslagna i nervcellerna och andra används bara i muskelcellerna.

Genreglering antas också förklara tydliga olikheter mellan arter som är genetiskt sett väldigt lika. Det är t.ex. tydliga skillnader mellan schim-panser och människor trots att vårt DNA är identiskt till nästan 99 %.

Celler och individer ärver inte bara gener, utan också information om genernas utnyttjande (i vilken grad de ska vara påslagna). Detta studeras inom forskningsområdet epigenetik (se sidorna 84 – 85).

Genreglering på olika sättGenreglering kan ske på flera olika sätt. Hos många celler är vissa gener avstängda eftersom delar av DNA-molekylerna har förändrats av kemiska reaktioner. Gener kan också stängas av eller sättas på genom att DNA:t är mer eller mindre hårt packat kring de proteiner som heter histoner (se sidan 51). Generna kommer inte till uttryck om DNA:t är hårt packat. Då fungerar nämligen inte transkriptionen till mRNA. Påverkan av histoner kan alltså vara en orsak till att gener stängs av eller sätts på.

I anslutning till generna har DNA-molekylerna även sekvenser av kvävebaser som kallas styrsekvenser (eller promotorer). Till dessa binder reglerande proteiner som underlättar eller försvårar transkriptionen av generna. Om transkriptionen försvåras bildas lite mRNA och därmed lite av genernas proteiner. De reglerande proteinerna kan i sin tur påverkas av näringsämnen, hormoner, gifter m.m. På så sätt anpassas genaktiviteten efter behovet och miljön.

Ettreglerandeproteinkant.ex.blockeraengenochhindraattdenanvänds.Näringsämnen,hormonerellerandrasignalämnenkanpåverkadetregleran-deproteinetsåattdetkanskelossnarfrånDNA:t.DåkangenenskrivasomtillmRNAochdessproteinkanbildas.

DNA

reglerande protein

styrsekvens gen

MänniskansochschimpansensDNAäridentiskttillnästan99%.Attvitrotsdettaärsåpassolikakanförmodligenförklarasmedgenreglering.


Celldelning och förökningVi ska nu följa hur DNA-molekyler kopieras och sorteras i samband med celldelningar. Vi ska också jämföra könlös förökning med könlig. Vid könlös förökning får varje ny individ samma gener som sin enda förälder. Könlig förökning innebär däremot att avkomman får DNA från två för-äldrar och därmed en ny kombination av gener.

För att göra det enkelt kallar vi DNA-molekyler med sina stödjande proteiner för kromosomer, oavsett hur tätt packade molekylerna är (jäm-för med bilden på sidan 51).

Vanlig celdelning - mitosFlercelliga organismer växer genom att celler delar sig och blir fler. Även hos vuxna individer pågår celldelningar. Kroppsskador behöver nämligen repareras och slitna celler ska ersättas. Bland annat finns celler med stor delningskapacitet i människans benmärg där det ständigt bildas nya blod-celler (blodkroppar). Hudceller kan dö och nötas bort inom en vecka. Därför pågår intensiv celldelning i huden så att bortslitna celler hinner ersättas.

Den typ av celldelning som får organismer att växa eller som syftar till att ersätta gamla celler kallas vanlig celldelning eller mitos. Den inleds med att alla cellens DNA-molekyler kopieras (se replikation på sidan 53). Detta krävs för att de båda dottercellerna ska få var sin komplett uppsätt-ning kromosomer. De får alltså samma antal och likadana kromosomer som sin modercell.

På nästa sida kan du följa mitosen med sina olika faser. Celldelningen brukar ta ca 30 – 60 minuter.

Grodäggetsförstacelldelning.Kandetvaraettkärleksbarn?

Cellerienrotspetshoslök.Cellenimittenskadelasigochmanserkromosomernasommörkastavar.Jämförmedmi-tosensmetafaspånästasida.


Interfas. Detta är cellens ”vanliga” tillstånd. I den väl avgränsade cellkärnan förekommer DNA-molekylerna som löst packade trådar och man kan inte se enskilda kromosomer. Det är i slutet av denna fas, innan cellen ska dela sig, som varje DNA-molekyl kopieras. Precis efter kopieringen hänger kopiorna fortfarande ihop och kallas systerkromatider.

Profas. DNA-molekylerna packas kring sina stödjande pro-teiner så att kromosomerna blir fullt synliga i ljusmik roskop. Eftersom varje kromosom fortfarande består av två systerkro-matider (de båda DNA-kopiorna) är de X-formade. Punkterna där systerkromatiderna sitter ihop kallas centromerer.

Metafas. Kärnmembranet är upplöst och kromosomerna har radats upp i cellens mitt så att systerkromatiderna är vända mot var sin ”cellpol”. Från cellpolerna har en kärnspole utvecklats (ett system av trådar) och fästs vid kromosomernas centromerer.

Anafas. Kärnspolen drar systerkromatiderna mot var sin cellpol. Från och med nu är varje systerkromatid en självständig kromosom.

Telofas. Cellen delar sig till två nya celler och i dessa utvecklas nya kärnmembran kring kromosomerna. De båda nya cellerna innehåller samma antal och samma sorts kromosomer som ingick i modercellen.

Interfas. Kromosomerna har nystats upp och kan inte längre urskiljas.

Denvanligacelldelningensolikafaser.Förattbild-ernaskavaratydligavisasendastfyraavcellenskromosomer(tvåpar,setextenpånästasida).

systerkromatider

centromer

kromosom

cellpol

kärnspole

kromosom

VANLIG CELLDELNINGMITOS


Reduktionsdelning - meiosVarje cell i din kropp innehåller 46 kromosomer. Dessa är kopior av de 46 kromosomer som ingick i den befruktade äggcell som du först bestod av. 23 av kromosomerna härstammar från modern och fanns i äggcellen innan den befruktades. De andra 23 kromosomerna kom med spermien som befruktade ägget och härstammar alltså från fadern. Eftersom varje sorts kromosom ärvs i dubbel uppsättning, kan man också säga att män-niskan har 23 par kromosomer i sina celler.

Det är nödvändigt att könscellerna (äggen och spermierna) har hälften så många kromosomer som övriga celler i kroppen. Annars skulle antalet kromosomer i kroppens celler fördubblas för varje generation. Bildningen av könsceller föregås därför av reduktionsdelning som också kallas mei-os. Den resulterar i att könscellerna får en enkel kromosomuppsättning. De får alltså bara en kromosom av varje sort. Hos människan är det celler i äggstockarna respektive i testiklarna som genomgår reduktionsdelning.

Man säger att celler med enkel kromosomuppsättning är haploida och att celler med dubbel kromosomuppsättning är diploida. Spermier och äggceller är alltså haploida, medan kroppens celler i övrigt är diploida.

Olika arter kan ha olika antal kromosomer i sina celler. Vi har nämnt att människans celler innehåller 46 kromosomer. Det kan jämföras med spolmaskar som har 2 kromosomer och mullbärsträd som har 308.

Skinnbaggarsomkallasbärfisarpararsig.Äggenrespektivespermiernaharbildatsgenomreduktionsdelning.

Celldelningarhosmänniskan.Talenangerantalkromosomericellerna.Ävenäggcellerbildasgenomreduktionsdelning.

VANLIG CELLDELNING

REDUKTIONSDELNING

diploida celler

haploida könsceller

46

46 46

46

23 23


Interfas I. Se vanlig celldelning på sidan 59.

Profas I. Kromosomerna förenas parvis (varje kromosom som här-stammar från individens moder förenas med motsvarande kromo-som som härstammar från individens fader). Detta sker inte under vanlig celldelning. Profas I kan pågå länge, ofta flera dygn.

Metafas I. Kärnmembranet är upplöst och kromosomerna har samlats utmed cellens mittlinje.

Anafas I. En kromosom från vardera paret dras mot var sin cellpol. Lägg märke till att kromosomernas systerkromatider inte skiljs från varandra som under vanlig celldelning.

Telofas I. Cellen delar sig till två nya celler som båda har enkel kromosomuppsättning (en kromosom från varje kromo-sompar). Cellerna är med andra ord haploida. Varje kromo-som består dock fortfarande av två systerkromatider.

Profas II – Telofas II. Efter telofas I sker en ny celldelning som kan liknas vid vanlig cell-delning (mitos). Under denna skiljs syster-kromatiderna från varandra och bildar själv-ständiga kromosomer. Från modercellen (i interfas I) bildas därmed fyra dotterceller med halverat kromosomtal. Dessa utgör t.ex. männi skans könsceller. Som framgår av bilderna får individens könsceller olika kombinationer av ljusa och mörka kromo-somer (som här symboliserar kromosomer som härstammar från individens moder res-pektive fader). En persons könsceller inne-håller därmed olika genuppsättningar. Det medför att barn blir mer eller mindre olika varandra, trots att de har samma föräldrar.

Interfas II.

Reduktionsdelningensolikafaser.

REDUKTIONSDELNINGMEIOS


På tal om celldelning

TELOMERER OCH ÅLDRANDETS GÅTAHos eukaryota celler har kromosomernas ändar speciella strukturer som heter telomerer (grekiska telos = slut, meros = del). I dessa har DNA:t en bestämd sekvens av kvävebaser som upprepas många gånger. I bl.a. männi-skans DNA består sekvensen av sex kvävebaser och den upprepas flera tusen gånger. Telomererna binder till sig speciella proteiner som bildar ett skyddande lager kring arvsmassan. Detta har jämförts med plasthylsorna som finns i ändarna av skosnören och som skyddar snörena från att ”splittras upp”. Telomererna hindrar också att kromosomer fästs vid varandra.

I samband med replikation (se sidan 53) kopieras inte de allra yttersta delarna av DNA-molekylerna. Det innebär att DNA-strängarna blir aningen kortare för varje celldelning. Genom att DNA-molekylerna är förlängda med ”telomer-DNA” drabbar förkortningen bara detta. På så sätt skyddar telomererna den egentliga arvsmassan.

Eftersom telomererna blir kortare för varje celldel-ning, kan celler bara dela sig ett visst antal gånger innan telomererna är slut. Innan detta sker får cellerna en signal som gör att celldelningen upphör.

Telomerernas längd är ett mått på hur många cellge-nerationer som återstår och därmed ett mått på indivi-dens ålder. Äldre människor har alltså kortare telomerer än yngre. Telomerernas längd tycks sätta en yttre gräns för hur gammal man kan bli.

Viktigt enzymHos de flesta organismer (dock ej bakterier) förekom-mer ett enzym som heter telomeras och som kan bygga telomersekvenser. Det har visat sig att detta enzym är särskilt aktivt i celler som delar sig ofta och som bevaras under många cellgenerationer. Det gäller t.ex. stamcell-er som bildar blodkroppar i benmärgen. Könsceller har också aktivt telomeras som förlänger telomererna. Detta är nödvändigt för att inte telomererna ska bli kortare för varje generation.

Även cancerceller har telomeras som gör att cellerna kan dela sig utan att telomererna blir kortare. Därför

ElizabethBlackburnochCarolGeidervidenbystavAlfredNobel.År2009deladeElizabethochCarolNobelprisetifysiologiellermedicinmedkolleganJackSzostak.Debe-lönadesförsinkartläggningavkromosomernastelomererochförupptäcktenavenzymettelomerassombyggerupptelomerer.ForskarnaärverksammaiUSA.

Kromosomensändarskyddasavtelomerer.

kan cancercellerna dela sig utan begränsning. Forskare försöker nu hitta metoder att inaktivera cancercellernas telomeras för att på så sätt hindra tumörernas tillväxt.

MiljöpåverkanMiljö och livsstil tycks kunna påverka telomererna. Fors-kare har t.ex. sett att långvarig och svår stress kan ha negativ inverkan på telomerernas längd. Rökning är en faktor som tycks sänka aktiviteten hos enzymet telome-ras, medan motion tycks kunna höja den.

kromosom

telomer


Könlös förökningKönlös fortplantning sker utan könsceller. Avkomman ”avknoppas” från en äldre individ genom vanlig celldel-ning (mitos). På så sätt blir alla syskon lika varandra och sin enda förälder. Man säger att en individ som förökar sig könlöst ger upphov till en klon, dvs. till en samling genetiskt identiska individer.

Ett exempel på könlös fortplantning är när encelliga organismer förökar sig genom delning.

Det förekommer även att flercelliga organismer förö-kar sig könlöst. Ett exempel är bladlöss som huvudsak-ligen förökar sig genom jungfrufödsel. Det innebär att honorna föder ungar utan att para sig. Alla ungarna som föds genom jungfrufödsel är honor eftersom de har samma gener som sina mammor. Trots att bladlössens livslängd kan vara begränsad till ca två veckor, hinner många av dem bli uppätna innan de dör på grund av sin ”ålder”. Den korta livstiden kompenseras av att bladlös-sen förökar sig så effektivt som möjligt, och det gör de ge-nom jungfrufödsel. På så sätt kan ungarna faktiskt vara ”gravida” redan innan de föds.

Det är mycket vanligt att växter förökar sig könlöst. Sticklingar kan brytas loss från plantor för att sedan rota sig och leva ett eget liv. Andra växter som t.ex. jordgubbar och smultron sprider sig genom att bilda revor utmed markytan. Det är också vanligt att växter förökar sig med rotskott. Det gäller t.ex. gräset kvickrot som kan vara svårbekämpat i rabatter och andra odlingar.

Könlig förökningHos flercelliga organismer förekommer normalt även könlig förökning. Då bildas könsceller genom reduktionsdelning (meios). Könscellerna bru-kar vara små hanceller (spermier) eller stora honceller (äggceller). När en han- och en honcell ”smälter samman” bildas början till en ny individ.

Blomväxter förökar sig könligt genom att bilda blommor med köns-organ (ståndare och pistiller). Hos bladlössen är könlös förökning vanli-gast under våren och sommaren. Inför hösten brukar det dock födas både honor och hanar som parar sig och som alltså har könlig förökning. Hos flertalet djurarter förekommer dock bara könlig fortplantning.

Vid könlig förökning blandas arvsanlag från olika individer. Därmed blir ungarna något olika varandra, vilket ökar chansen för att några ska klara sig bra även om miljön förändras. Trots att encelliga organismer förökar sig könlöst, kan även de ha ett utbyte av gener. Vi har t.ex. nämnt att plasmider kan spridas mellan vissa bakterier.

Olikagenerationeravbladlösspåbaldersbrå.Allabladlössenpåväxtenhärstammartroligenfrånsammahonaochutgördärmedenklon.

Itulpanblommanärenpistillomgivenavsexståndare.


MutationerIbland får organismer nya egenskaper till följd av mutationer. Så kallas plötsliga förändring i arvsmassans gensekvenser (latin mutare = att för-ändra). Om en mutation bara förändrar DNA som inte kodar för protein händer förmodligen inget. Däremot kan mutationer leda till förändringar om gener påverkas, saknas eller blir fler än normalt. Dessa ”verksamma” mutationer kan vara genmutationer eller kromosommutationer.

GenmutationerVid genmutationer förändras endast enstaka gener. Det sker ofta i samband med DNA-kopieringen (replikationen) innan en cell delar sig. Då kan det nämligen hända att en gen får en kvävebas (egent-ligen en nukleotid) extra eller att en kvävebas faller bort. Detta är alltid allvarligt eftersom det blir en förskjutning i indelningen av tripletter från och med mutationsstället (se bilden på sidan 54). Det leder till att aminosyror kopplas ihop i en helt ny ordning när så småningom genens protein ska bildas. Detta protein kommer med all säkerhet att bli helt värdelöst.

En genmutation kan också innebära att en enstaka kvävebas byts ut mot en annan i samband med replikationen. Därmed på-verkas bara en enda triplett. Detta behöver inte bli så allvarligt. Om den nya tripletten kodar för samma aminosyra som den ur-sprungliga, kommer inte mutationen att märkas alls. (Som fram-går av tabellen på sidan 52 kan olika tripletter koda för samma aminosyra.) Om den nya tripletten kodar för en ny aminosyra, kommer däremot genens protein att förändras. Även detta protein kan fungera, men det kan också ha betydligt försämrad funktion.

Orsaker och cellernas försvarGenmutationer kan uppstå spontant utan yttre påverkan. Detta är inte så konstigt eftersom replikationen är mycket komplicerad. Strålning och gifter är exempel på yttre faktorer som kan framkalla mutationer. Dessa faktorer kan bl.a. förändra kvävebasernas strukturer och därmed störa replikationen. Detta kan leda till allvarliga besvär och sjukdomar som t.ex. cancer.

Celler har en viss förmåga att reparera skadat DNA, vilket begränsar effekterna till följd av mutationer. DNA-molekylen kan ofta repareras eftersom den är en dubbelspiral. Om bara den ena kedjan i en DNA-molekyl skadas, finns den andra kedjan kvar som en ”backup”. Med den hela DNA-kedjan som mall, kan den skadade DNA-kedjan repareras och få rätt sekvens av kvävebaser.

Kattensögonharolikafärgpågrundavvarierandemängdfärgpigment.Entänkbarförklaringtilldettaärattenmutationskeddeiencelltidigtunderfosterutvecklingen.Sedankomendastdecellerikattensomhärstammarfråndenmuteradecellenattbäradetförändradeanlaget.Dettakanförklaravarförkattenharolikafärgpåsinaögon.


KromosommutationerNär celler delar sig händer det att kromosomerna inte fördelas lika mel-lan de båda dottercellerna. På så sätt kan celler få någon kromosom för mycket eller för lite. Det inträffar också att delar av kromosomer saknas eller har förenats med andra kromosomer. Alla dessa förändringar som berör hela eller stora delar av kromosomer kallas kromosommutationer. De brukar vara lätta att upptäcka i mikroskop.

I nästa kapitel återkommer vi till kromosommutationer hos männis-kan (se sidorna 80 och 00). När dessa går i arv är de ofta dödliga eller orsakar någon form av handikapp.

Ärftlighet och evolutionVanligtvis går inte förändringar till följd av mutationer i arv. Det kan bara hända om det sker en mutation i en könscell eller i en cell som bildar könsceller. En förändrad gen i en befruktad äggcell kommer att finnas i alla celler hos den individ som ägget utvecklas till.

Nästan alla mutationer ger försämrade egenskaper som minskar indi-videns chans att överleva. I mycket sällsynta fall leder de till förbättrade anlag som kan gå i arv. Det är sådana mutationer som gör att arter kan utvecklas och anpassas till nya miljöer. Med tiden kan det till och med bildas nya arter. Detta återkommer vi till i kapitlet ”Liv i utveckling”.

Denflygandekajanharnormalfärg.Kajanpådenlillabildenärdäremotovanligtljusochharblåögon.Detberorpåengenmutationsomharpå-verkatbildningenavettfärgpigmentsomhetermelanin.


Gener är delar av DNA-molekyler som bestämmer i vil-ken ordning aminosyror binds samman till proteiner.

DNA och RNA är nukleinsyror. Dessa består av samman-länkade nukleotider. I DNA innehåller nukleotiderna någon av kvävebaserna C, G, A eller T.

En DNA-molekyl består av två nukleotidkedjor som bildar en dubbelspiral. De båda kedjorna hålls ihop av vätebindningar mellan nukleotidernas kvävebaser. Dessa passar ihop parvis så att C kan förenas med G, medan A bildar baspar med T.

I celler är DNA-molekylerna mer eller mindre tätt packade tillsammans med proteiner. DNA:t och protein-erna är som mest hoppackade i samband med celldelningar. Då bildar de kromosomer som går att se i ljusmikroskop.

Sekvensen av kvävebaser längs en DNA-sträng kan delas in i tripletter som var och en motsvarar en aminosyra. På så sätt kan DNA innehålla information om hur amino-syror ska ordnas i ett protein.

Celldelning föregås av replikation som innebär att DNA-molekylerna kopieras. Då delas först DNA-molekylernas dubbelspiraler till enkla kedjor. Sedan kan varje enkel DNA-kedja fungera som mall till en ny dubbelspiral. Un-der replikationen medverkar enzymet DNA-polymeras.

Tripletter av kvävebaser i DNA (i en gen) kan ”skrivas om” till kodoner i mRNA. Detta kallas transkription.

Innan mRNA lämnar cellkärnan ”klipper” enzymer bort introner. Dessa innehåller sekvenser av kvävebaser som saknar betydelse för proteintillverkningen.

Translation innebär att den genetiska koden i mRNA översätts till en sekvens av aminosyror som binds sam-man till ett protein. Detta sker i ribosomerna som finns i cellplasman. I ribosomerna passas de tre kvävebaserna hos tRNA in mot kodonerna i mRNA. Varje tRNA-mole-kyl levererar samtidigt en aminosyra. På så sätt förenas aminosyror i den ordning som ursprungligen bestäms av DNA.

I t.ex. människan är inte alla gener aktiva i alla celler. Denna genreglering förklarar varför cellerna är olika varandra trots att de har samma genetiska arv.

Vid vanlig celldelning (mitos) får dottercellerna lika många kromosomer som modercellen hade.

Reduktionsdelning (meios) ger upphov till dotterceller med hälften så många kromosomer som sin modercell. Ur en diploid cell bildas haploida könsceller.

Vid könlös förökning ger en individ upphov till nya individer utan befruktning. Det innebär att ”ungarna” blir genetiskt lika varandra och sin förälder. Tillsammans utgör de en klon.

Vid könlig förökning förenas två haploida celler (ofta en spermie och en äggcell) och blir en ny individ. Denna får en kombination av föräldrarnas gener.

En mutation är en plötslig förändring i arvsmassan. Vid genmutationer förändras enstaka gener. Kromosommu-tationer leder till att antalet kromosomer förändras eller att delar av kromosomer hamnar på fel ställen.

Sammanfattning

FrånDNAtillaminosyra.

triplett i DNA: A-C-A

kodon i mRNA: T-G-T

antikodon i tRNA: A-C-A

aminosyra: cystein (Cys)

transkription

translation


w e b b s t ö d: www.gleerups.seTesta dig själv3.1 Vad är en gen?

3.2 a) Ge exempel på nukleinsyror. b) Nukleinsyror är byggda av nukleotider. Beskriv en nukleotid.

3.3 a) Beskriv DNA-molekylens byggnad. b) Beskriv en kromosom i en eukaryot cell.

3.4 Hur lagras information om aminosyror i en DNA-molekyl?

3.5 a) Varför behövs DNA-replikation? b) Beskriv hur replikationen går till.

3.6 Förklara följande begrepp a) transkription b) RNA-polymeras c) intron

3.7 Vad menas med translation?

3.8 Förklara hur cellerna i din kropp kan vara olika, trots att de har samma uppsättning gener (samma genetiska arv)?

3.9 Ge exempel på hur genreglering kan gå till.

3.10 Rita och redogör för vanlig celldelning (mitos).

3.11 a) Beskriv kortfattat vad som skiljer reduktionsdelning (meios) från vanlig celldelning. b) Varför behövs reduktionsdelning?

3.12 a) Nämn en fördel med könlös fortplantning (jämfört med könlig). b) Nämn en fördel med könlig fortplantning (jämfört med könlös).

3.13 a) Vad är en klon? b) Ge exempel på naturliga kloner.

3.14 Ibland kan DNA förändras utan att det märks, dvs. utan att mutationen leder till någon märkbar skillnad. Hur kan det vara möjligt?

3.15 Ofta kan celler reparera skadat DNA. Hur kan detta vara möjligt?

3.16 Varför ger få mutationer upphov till föränd- ringar som går i arv till kommande generationer?

TÄNK UT3.17 En tRNA-molekyl har följande antikodon: G-G-U Vilken aminosyra kan denna tRNA-molekyl transportera? Du får använda tabellen på sidan 52.

TA REDA PÅ3.18 a) Var i en blomma finns haploida hanceller respektive honceller (äggceller)? b) Beskriv skillnaden mellan pollinering och befruktning hos blomväxter.

3.19 a) Sjukdomen sickelcellanemi har uppstått till följd av en genmutation. Vilket protein har denna genmutation påverkat? b) Beskriv sjukdomen sickelcellanemi.

Documents

Smakprov av Iris biologi 1