План лекции:
1. Актуальность биологических знаний в современном мире. Место общей биологии в системе биологических наук.
2. Методы изучения.
3. Понятие «жизнь» и свойства живого.
4. Уровни организации живого.
5. Практическое значение биологии.
1. Актуальность биологически знаний в современном мире.
БИОЛОГИЯ – наука о жизни во всех её проявлениях и закономерностях, управляющих живой природой. Название ее возникло из сочетания двух греческих слов: БИОС – жизнь, ЛОГОС – учение. Эта наука изучает все живые организмы.
Термин «биология» ввёл в научный оборот французский учёный Ж. Б. Ламарк в 1802 году. Предмет изучения биологии – живые организмы (растения, животные, грибы, бактерии), их строение, функции, развитие, происхождение, взаимоотношения со средой.
В органическим мире выделяют 5 царств: бактерии (дробянки), растения, животные, грибы, вирусы. Эти живые организмы изучаются соответственно науками: бактериология и микробиология, ботаника, зоология, микология, вирусология. Каждая из этих наук делится на разделы. Например, зоология включает энтомологию, териологию, орнитологию, ихтиологию и др. каждая группа животных изучается по плану: анатомия, морфология, гистология, зоогеография, этология и т.д. Кроме этих разделов можно назвать ещё: биофизика, биохимия, биометрия, цитология, гистология, генетика, экологи, селекция, космическая биология, генная инженерия и много других.
Таким образом, современная биология – комплекс наук, изучающих живое.
Но эта дифференцировка привела бы науку к тупику, если бы не было интегрирующей науки – общей биологии. Она объединяет все биологические науки на теоретическом и практическом уровнях.
· Что же изучает общая биология?
Общая биология изучает закономерности жизни на всех уровнях ее организации, механизмы биологических процессов и явлений, пути развития органического мира и его рациональное использование.
· Что может объединять все биологические науки?
Общая биология играет объединяющую роль в системе знаний о живой природе, поскольку в ней систематизируются ранее изученные факты, совокупность которых позволяет выявить основные закономерности органического мира.
· Какова цель общей биологии?
Осуществление разумного использования, охрана и воспроизведение природы.
2. Методы изучения биологии.
Основными методами биологии являются:
наблюдение (позволяет описать биологические явления),
сравнение (дает возможность найти общие закономерности в строении, жизнедеятельности различных организмов),
эксперимент или опыт (помогает исследователю изучить свойства биологических объектов),
моделирование (имитируются многие процессы, недоступные для непосредственного наблюдения или экспериментального воспроизведения),
исторический метод (позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития живой природы).
Общая биология пользуется методами других наук и комплексными методами, которые позволяют изучать и решать поставленные задачи.
1. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИЙ метод, или морфологический метод изучения. Глубокое внутренне сходство организмов может показать родство сравниваемых форм (гомология, аналогия органов, рудиментарные органы и атавизмы).
2. СРАВНИТЕЛЬНО – ЭИБРИОЛОГИЧЕСКИЙ - выявление зародышевого сходства, работы К. Бэра, принцип рекапитуляции.
3. КОМПЛЕКСНЫЙ – метод тройного параллелизма.
4. БИОГЕОГРАФИЧЕКИЙ – позволяет проанализировать общий ход эволюционного процесса в самых разных масштабах (сравнивание флор и фаун, особенности распространения близких форм, изучение реликтовых форм).
5. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ – позволяет улавливать направления естественного отбора по изменению распределения значений признака в популяциях на разных стадиях ее существования или при сравнении разных популяций.
6. ИММУНОЛОГИЧЕКИЙ – позволяет с большой степенью точности выявить «кровное родство» разных групп.
7. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ – позволяет определить генетическую совместимость сравниваемых форм, а значит, определить степень родства.
Нет ни одного «абсолютного» или совершенного метода. Целесообразно использовать их в комплексе, поскольку они взаимодополняемы.
3. Понятие «жизни» и свойства живого.
Что такое жизнь?
Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ
существования белковых тел, непременное условие жизни - постоянный обмен
веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.»
По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.
Жизнь возникает и протекает в виде высокоорганизованных целостных биологических систем. Биосистемами являются организмы, их структурные единицы (клетки, молекулы), виды, популяции, биогеоценозы и биосфера.
Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.
1.
Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью
, которая
может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав
всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные элементы (98% химического состава
приходится на 4 элемента: углерод,
кислород, водород, азот, а в общей массе веществ основную долю составляет вода
- не мене 70 – 85%). Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее
характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность
биогеоценоза - в том, что в его состав входят определенные функциональные
группы организмов и связанная с ними неживая среда.
2.
Клеточное строение
: Все
живые организмы имеют клеточное строение, за исключением вирусов.
3.
Метаболизм
. Все живые организмы способны к обмену веществ с
окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания и дыхания,
и выделяя продукты жизнедеятельности. Смысл биотических круговоротов
заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней
среды организма и, таким образом, непрерывность его функционирования в
постоянно меняющихся условиях внешней среды (поддержание гомеостаза) .
4. Репродукция, или самовоспроизведение
, - способность живых
систем воспроизводить себе подобных. Этот процесс осуществляется на всех
уровнях организации живого;
а) редупликация ДНК - на молекулярном уровне;
б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке - на субклеточном уровне;
в) деление клетки путем митоза - на клеточном уровне;
г) поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных
клеток - на тканевом уровне;
д) на организменном уровне репродукция проявляется в виде бесполого размножения
особей (увеличение численности потомства и преемственность поколений
осуществляется за счет митотического деления соматических клеток) или полового
(увеличение численности потомства и преемственность поколений обеспечиваются
половыми клетками - гаметами).
5.
Наследственность
заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и
особенности развития из поколения в поколение. .
6. Изменчивость
- это способность организмов приобретать новые
признаки и свойства; в ее основе лежат изменения биологических матриц - молекул
ДНК.
7.
Рост и развитие
. Рост -
процесс, в результате которого происходит изменение размеров организма (за счет
роста и деления клеток). Развитие - процесс, в результате которого происходит
качественно изменение организма. Под развитием живой природы - эволюции
понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой
природы, которое сопровождается приобретением адаптации (приспособлений),
возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Развитие живой
формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или
онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.
8.
Приспособленность
. Это
соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они
взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так
как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их
эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и
вырабатывать приспособления ко многим из них. Долгосрочные приспособления
биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления
клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости.
9
. Раздражимость
. Способность
живых организмов избирательно реагировать на внешние или внутренние
воздействия. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется
через посредство нервной системы и называется рефлексом. Организмы, которые не
имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на
раздражение осуществляется в разных формах:
а) таксисы - это направленные движения организма в сторону раздражителя
(положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис - это
движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.;
б) тропизмы - направленный рост частей растительного организма по отношению к
раздражителю (геотропизм - рост корневой системы растения по направлению к
центру планеты; гелиотропизм - рост побеговой системы по направлению к Солнцу,
против силы тяжести);
в) настии - движения частей растение по отношению к раздражителю (движение
листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе
или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка).
10
. Дискретность (деление на
части)
. Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз
др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или отграниченных в
пространстве, но, тем не менее, связанных и взаимодействующих между собой
частей, образующих структурно-функциональное единство. Клетки состоят из
отдельных органоидов, ткани - из клеток, органы - из тканей и т. п. Это
свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования
целостной системы и возможность специализации различных частей на неодинаковых
функциях.
11. Авторегуляция
- способность живых организмов, обитающих в
непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство
своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов -
гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем -
нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного
уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и
межпопуляционных отношений.
12
. Ритмичность
. В биологии
под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических
функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от
нескольких секунд до года и столетия).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой,
т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
13.
Энергозависимость.
Живые
тела представляют собой "открытые" для поступления энергии системы.
Под "открытыми" системами понимают динамические, т. е. не находящиеся
в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к
ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех
пор, пока в них поступают энергия в виде пищи из окружающей среды.
14. Целостность - живая материя определенным образом организована, подчинена ряду специфических законов, характерных для неё.
4. Уровни организации живой материи.
Во всём многообразии живой природы можно выделить несколько уровней организации живого. Просмотр учебного фильма «Уровни организации живого» и на его основе составление краткого опорного конспекта.
1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.
5. Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.
6. Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
5. Практическое значение общей биологии.
o В БИОТЕХНОЛОГИИ – биосинтез белков, синтез антибиотиков, витаминов, гормонов.
o В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ – селекция высокопродуктивных пород животных и сортов растений.
o В СЕЛЕКЦИИ МИКРОООРГАНИЗМОВ.
o В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ – разработка и внедрение методов рационального и рачительного природоиспользования.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение «биологии». Кто предложил данный термин?
2. Почему современную биологию считают комплексной наукой? Из каких подразделов состоит современная биология?
3. Какие специальные науки можно выделить в биологии? Дайте их краткую характеристику.
4. Какие методы исследования используют в биологии?
5. Приведите определение понятия «жизнь».
6. Почему живые организмы называют открытыми системами?
7. Перечислите основные свойства живого.
8. Чем отличаются живые организмы от неживых тел?
9. Какие уровни организации характерны для живой материи?
Одной из самых древних, но при этом прогрессивных даже на сегодняшний день наук является биология. Это наука, изучающая все многообразие живой природы вокруг нас. Ведь ежедневно мы сталкиваемся с сотнями живых существ: насекомыми, бактериями, вирусами, растениями и, конечно же, людьми. Каждый организм имеет свои особенности строения и жизнедеятельности, все между собой связаны определенными закономерностями и состоят в различного рода взаимоотношениях. Все это и изучает такая обширная, увлекательная и поистине великая наука, как биология.
Биосфера планеты Земля
Наша планета населена самыми разнообразными формами жизни. Все они, взаимодействуя между собой, образуют общую оболочку. Живую оболочку планеты Земля. Она носит название биосферы. Помимо биосферы наша планета имеет такие оболочки, как гидросфера, литосфера и атмосфера. Естественно, что вся биомасса биосферной оболочки не смогла бы существовать отдельно от других оболочек. Поэтому это разделение весьма условно. На самом деле каждая из оболочек имеет в своем составе представителей биосферы.
Например, литосфера густо заселена червями, бактериями, личинками, насекомыми и млекопитающими животными. Также именно в ней располагаются нижние части большинства существующих наземных растений.
Гидросфера, представленная совокупностью всех видов воды на Земле, является вообще целым миром, прекрасным и интересным, по своему составу биомассы. Атмосфера также не исключение. Разнообразные бактерии, вирусы, насекомые, птицы и даже млекопитающие являются неотъемлемой ее частью и используют ее для постоянного места жительства. При этом в целом практически все живые существа (за исключением некоторых видов бактерий) способны жить только в аэробных условиях, то есть в условиях земной атмосферы.
Вся биомасса биосферной оболочки - это многомиллионное сообщество живых существ. И такая наука о живой природе, как биология, со всеми включенными в нее отделами, как раз и занимается подробнейшим изучением этого великого сообщества.
Методы и материалы, применяемые в биологии
Для комплексного анализа и удобного и подробного рассматривания всех живых объектов природы в биологии используются специальные материалы. Такие, как:
- скальпель;
- зажимы;
- щипцы;
- измерительные приборы;
- ловушки-морилки;
- ступки и пестики;
- пробирки;
- ванночки и чашки Петри;
- препаровальные иглы и столики;
- зеркальца и лупы;
- самые разные и так далее.
Это, конечно, далеко не полный список всего многообразия материалов, которые помогают биологам в познании живого и в научных исследованиях.
Также существуют специфические приемы, которые использует биология как наука. Методы биологии разнообразны, но к основным из них можно отнести следующие.
Биологическая методология
| Название метода | Используемые материалы | Практическое значение |
| Наблюдение | Полевой дневник, бинокль, лупа, микроскоп, видео и фото аппаратура и прочее. | Получение визуальной информации о наблюдаемом объекте без вмешательства в природные процессы, накопление полезной информации. |
| Описание | Компьютер, писчие принадлежности, бумага. | Фиксация тех результатов, что были получены методом наблюдения. Этот метод обеспечивает историческую значимость для сохранения полезной информации. |
| Эксперимент | Лабораторное оборудование, микроскоп и т. д. | Практическое подтверждение выдвигаемых научных гипотез. |
| Сравнение | Литература или эксперименты по теме. | Дает возможность выбора более правильного результата, а также показывает все различия в жизнедеятельности, строении организмов в зависимости от различных факторов. |
| Моделирование (включает в себя обобщение, систематизацию) | Материалы для создания моделей изучаемого объекта. | Позволяет воссоздать картину происходящих процессов и спрогнозировать результат. |
| Аналитический метод | Измерительные приборы, ЭВМ | Позволяет вывести общие закономерности или различия в живой природе, а также обеспечивает систематизацию накопленных знаний. |
Современные методы:
| Центрифуги, специальные микроскопы, чашки Петри, на основе агара, специфическое оборудование и приборы. | Обеспечивают точный анализ самых мельчайших живых единиц, дают полную информацию о процессах, происходящих на молекулярном уровне. Позволяют вмешиваться в геном и задавать нужные свойства живым организмам. |
В итоге мы получаем следующий результат. Биология - это наука, изучающая живые системы совершенно полно, комплексно и с использованием самых разнообразных современных технологий.
Основные разделы биологии
Сегодня биология насчитывает десятки побочных молодых наук, которые образовались от нее из-за накопления большого объема различных знаний в самых тонких вопросах, касающихся живых систем. Мы же выделим основные, исторически сложившиеся разделы биологической науки.
- Общая биология.
- Генетика.
- Зоология.
- Ботаника.
- Физиология растений и животных.
- Анатомия.
- Физиология человека.
- Экология.
- Биогеография.
- Биохимия.
В первую очередь, биология - наука о природе. Поэтому все перечисленные разделы являются основополагающими в контексте рассмотрения данной науки.
Общая биология: суть, предмет изучения
Под этим названием подразумевается изучение основных жизненных моментов каждой живой системы: возникновение, развитие, становление в природе, функционирование. Вследствие этого общая биология включает в себя следующие разделы:
- Клеточная теория и строение клетки.
- Онтогенез организмов.
- Молекулярная биология.
- Генетика.
- Эволюция всего живого.
- Экология.
- Учение о биосферной оболочке Земли.
Из приведенного списка становится понятно, что данная биология - это наука, изучающая универсальные характеристики, присущие всем живым системам в целом. В курсе школьного обучения общую биологию преподают в старших классах, с 9 по 11 включительно. И это правильно, ведь понятия, которые она в себя включает, достаточно сложные, объемные и требуют уже более сформировавшегося мировоззрения у учащихся.
Ботаника в школьном курсе
На сегодняшний день ученые называют цифру примерно 350 000 видов, когда речь заходит о многообразии современных растений. Естественно, эта цифра слишком велика, а растения уникальны и интересны, чтобы не образовалась отдельная наука, которая занимается исключительно их изучением. К такой науке и относится ботаника, раздел биологии.
Все растения можно разделить на наземные и водные. Но это только очень грубая, поверхностная классификация. На самом деле существует множество таксонов, родов, видов, подвидов и других систематических единиц, на которые подразделяются растения. Это составляет суть одного из отделов ботаники.
Также есть ряд других отделов, охватывающих все стороны растительной жизни:
- морфология растений;
- физиология растений;
- экология;
- биогеография;
- филогения;
- эволюция;
- экономическая ботаника.
Совокупность всех этих наук, а также тех отделов, которые входят в каждую из них, в свою очередь, позволяет осуществлять комплексное тотальное изучение любого растительного организма. Поэтому с уверенностью можно сказать, что биология - наука о растениях.
Ботаника изучается в школьном курсе биологии в 6-7 классах, в зависимости от программы обучения. Вопросы филогении и эволюции изучаются в 11 классе.
Зоология в школьном курсе
Наукой зоологией описано свыше 1350000 видов представителей животного мира. Подавляющее большинство составляют беспозвоночные - насекомые, черви, морские обитатели. Такая цифра не является окончательной, ведь свои исследования зоологи не прекращают. Несмотря на то, что, казалось бы, уже нечего открывать и все животные известны, периодически происходят открытия новых видов.
Зоология - одна из древнейших наук, которые включает биология. Животные - одни из самых распространенных и повсеместно встречающихся живых систем нашей планеты. Зоология занимается изучением строения (как внешнего, так и внутреннего) всех животных, их систематикой, физиологией, анатомией, этологией, экологией и географией.
Также, как и ботаника, зоология является обязательным разделом биологической науки для изучения в школе. Ее курс приходится на 7 класс.
Роль биологии в жизни человека
Биология - это наука, изучающая и охватывающая настолько много различных жизненных сфер, что не остается сомнений в ее важности и значимости. Основные примеры, которые явно покажут и докажут это, следующие:
- Животные, невосприимчивые к раковым опухолям (акулы и скаты) являются прекрасной основой для нахождения и открытия лекарства от этой болезни XXI века.
- Достижения микробиологов, биохимиков и медицинских биологов позволяют человечеству избавляться от множества самых различных недугов, в том числе вирусной и бактериальной природы.
- Биотехнология, клеточная и дает возможность повысить производительность сельского хозяйства и обеспечить питанием целые народы.
- Антропологическая биология позволяет выявить истоки всего живого, воссоздать картину мира и избежать ошибок в будущем.
Это далеко не все причины и обстоятельства, которые позволяют говорить о биологии как о чрезвычайно важной и значимой в жизни и практической деятельности людей науке.
Новые разделы биологии
К современным, молодым и перспективным разделам биологической науки относятся такие, как:
- биотехнология;
- микробиология;
- клеточная инженерия;
- генная инженерия;
- молекулярная биология;
- биохимия;
- медицинская биология.
Весь комплекс этих наук позволяет охарактеризовать любое существо, относящееся к живой системе. Поэтому биология - это наука о живой природе, в первую очередь, и о тех благах, которые она может дать человеку.
Биология в школе
Косвенно биология затрагивается уже на этапе курса природоведения (5 класс школьной программы). Именно как предмет она начинается с 6 класса (ботаника), 7 класс - зоология, 8 класс - анатомия, 9-11 - общая биология.
Школьный курс данной науки затрагивает самые различные темы по биологии, которые касаются практически всех ее отраслей и разделов. Это делается для формирования у детей целостной картины восприятия мира, а также для четкого усвоения учащимися важности и значимости достижений биологических наук в современном мире.
Что такое наука биология? Говоря простым языком, это изучение жизни во всем ее разнообразии и величии. От микроскопических водорослей и бактерий до больших слонов и гигантских синих китов, жизнь на нашей планете представляет невероятное многообразие. Беря это во внимание, откуда мы заем, что является живым? Каковы основные характеристики жизни? Все это очень важные вопросы с одинаково важными ответами!
Характеристики жизни
К живым существам относиться, как видимый , и , так и невидимый мир бактерий и вирусов. На базовом уровне мы можем сказать, что жизнь упорядочена. Организмы имеют чрезвычайно сложную организацию. Мы все знакомы с замысловатыми системами основной - клеткой.
Жизнь может «работать» . Имеется введу не ежедневное разнообразие работы, а поддержание метаболических процессов, путем получения энергии в виде пище из окружающей среды.
Жизнь растет и развивается . Это означает больше, чем просто копирование или увеличение размера. Живые организмы также имеют возможность восстанавливаться при определенных типах повреждений.
Жизнь может воспроизводиться . Вы когда-нибудь видели размножение грязи или камней? Вероятней всего нет! Жизнь способна происходить только от других живых существ.
Жизнь может реагировать . Вспомните о том, как в последний раз вы ударялись какой-нибудь частью своего тела. Почти мгновенно следует болевая реакция. Жизнь характеризуется реакцией на различные стимулы и внешние раздражители.
Наконец, жизнь может адаптироваться и отвечать требованиям, предъявляемым окружающей средой.
Существует три основных типа приспособлений, которые могут возникать у высших организмов:
- Обратимые изменения происходят как ответ на изменения в окружающей среде. Предположим, вы живете вблизи уровня моря и отправляетесь в горную местность. Вы можете начать испытывать затрудненное дыхание и увеличение частоты сердечных сокращений в результате изменения высоты. Эти симптомы исчезают, когда вы возвращаетесь к уровню моря.
- Соматические изменения происходят в результате продолжительных изменений в окружающей среде. Используя предыдущий пример, если вы долго будете оставаться в горной местности, вы заметите, что ваш сердечный ритм начнет замедляться, и вы начнете нормально дышать. Соматические изменения также обратимы.
- Окончательный тип адаптации называется генотипическим (вызванным генетической мутацией). Эти изменения происходят в генетическом составе организма и не обратимы. Примером может служить развитие устойчивости к пестицидам у насекомых и пауков.
Таким образом, жизнь организована, «работает», растет, размножается, реагирует на стимулы и приспосабливается. Эти характеристики лежат в основе изучения науки общей биологии.
Основные принципы современной биологии
Фундамент науки биологии, которая существует сегодня, основан на пяти основных принципах. Это теория клеток, теория генов, эволюция, гомеостаз и законы термодинамики.
- : все живые организмы состоят из клеток. является основной единицей жизни.
- : черты наследуются посредством передачи генов. расположены на и состоят из ДНК.
- : любое в популяции, которое унаследована в течение нескольких поколений. Эти изменения могут быть небольшими или большими, заметными или не столь заметными.
- : способность поддерживать постоянную внутреннюю среду в ответ на изменения окружающей среды.
- : энергия постоянна и энергетическое преобразование не является полностью эффективным.
Разделы биологии
Область науки биологии очень широка и может быть разделена на несколько дисциплин. В самом общем смысле эти дисциплины классифицируются по типу изучаемого организма. Например, занимается исследованиями животных, ботаника занимается изучением растений, а микробиология изучает микроорганизмы. Эти области исследований, также можно разбить на несколько специализированных поддисциплин. Некоторые из них включают анатомию, генетику и физиологию.
Наука о закономерностях, единых для всего живого. Она изучает общие законы жизни и те особенности, которые характерны для всех видов живых существ независимо от их систематического положения. Чем отличается живое от неживого, каковы основные и общие для всех организмов закономерности жизненных явлений - ответ на эти вопросы составляет задачу общей биологии.
Обмен веществ и энергии между организмом и средой, способность к размножению, наследственность и изменчивость - неотъемлемые свойства всех организмов. Эти свойства - основа эволюции - необратимого исторического развития живой природы, которое сопровождается приспособлением организмов к условиям существования, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом. В результате эволюции возник многообразный мир живых существ.
Различают несколько структурно-функциональных уровней организации жизни (живой материи). Нижний, наиболее древний - суборганизменный. Это уровень молекулярных структур, где проходит граница между живым и неживым. Следующий уровень - клеточный. Клетка, ее структуры и основные биохимические процессы сходны у всех организмов. За ним следует уровень целостного организма. Неотъемлемые свойства всех организмов - способность к размножению, наследственность и изменчивость. Более сложный уровень организации жизни - популяционно-видовой. Высший уровень - экосистемный, биосферно-биогеоценотический, на котором сообщества популяций животных и растений вместе с их средой обитания образуют функционально-структурное единство. Целостность экосистем (биогеоценозов, биосферы) обусловлена обменом веществ и энергии между ее компонентами.
Общая биология изучает законы, характерные для всех уровней организации жизни. Значение этой дисциплины исключительно велико как в формировании материалистического мировоззрения, так и в ряде жизненно важных областей человеческой деятельности. Она приобретает все возрастающее практическое значение для сельского хозяйства, лесной и рыбной промышленности, биотехнологии, медицины, для рационального использования естественных ресурсов и охраны природы.
Биология служит теоретической базой сельскохозяйственного производства. Многие ее разделы непосредственно связаны с растениеводством и животноводством. Обеспечение все увеличивающегося населения земного шара продовольствием невозможно без создания новых высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур и продуктивных пород домашних животных. Достичь этого можно лишь зная законы наследственности и изменчивости. Благодаря открытиям в молекулярной биологии развивается биотехнология - производство ферментов, гормонов, кормовых белков, аминокислот с помощью микроорганизмов. Повышение плодородия земель, создание условий для получения устойчивых программированных урожаев - эти экологические задачи должны решать агрономы-биологи.
Биология изучает биологическую форму движения материи, т. е. совокупность организмов, живущих на , в том числе человека. Из-за огромного разнообразия представителей живого на Земле биология представляет собой комплекс различных биологических наук и включает ботанику, микологию (науку о грибах), зоологию, комплекс наук о человеке как биологическом объекте, общую биологию и другие науки. Ниже рассмотрены общие представления о биологии и ее составляющих.
Биология - комплекс наук, изучающих все живое вещество и организмы, им образуемые.
Какие науки включает в себя биология:
Ботаника - наука, изучающая биологические особенности растений. Совокупность всех растений на Земле называют флорой Земли. Традиционно вместе с растениями в курсе ботаники изучают грибы, вирусы, которые в строгом смысле не относятся к растениям, а принадлежат к другим царствам организмов. Так, грибы образуют особое царство Грибы, а наука о грибах называется микологией.
Зоология - наука, изучающая царство Животные.
Совокупность всех животных, населяющих Землю, называют фауной Земли. Принято говорить о фауне той или иной области, того или иного региона и т. д.
Биологические особенности человека изучает целый комплекс наук: анатомия, гигиена человека (несмотря на то что человек является структурной единицей царства Животные, он относится к , отряду приматов, семейству человекообразных обезьян, роду человек, виду человек разумный).
Общая биология - особый раздел биологии, изучающий наиболее общие закономерности биологической формы существования материи.
На современном этапе развития биологии общая биология представляет собой комплекс наук, состоящий из отдельных, достаточно самостоятельных, но тесно взаимосвязанных наук: молекулярной биологии, цитологии, теории развития и размножения, генетики, селекции, эволюционной теории, экологии. В предмете Общая биология эти науки представлены в виде разделов, которыми в курсе Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности являются следующие:
1. Цитология - раздел, изучающий клетку, ее химический состав, биохимические процессы, протекающие в клетке, строение и функции отдельных органоидов клетки.
2. Учение об индивидуальном развитии - онтогенезе - раздел, включающий учение о размножении и развитии организмов (тесно связан с цитологией).
3. Генетика с основами селекции - раздел, рассматривающий закономерности наследственности, изменчивости, их материальные носители (генетика), принципы и методы выведения новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов (селекция); теоретической основой селекции является генетика.
4. Эволюционное учение (теория) - раздел, изучающий филогенез (историческое развитие видов); составной частью этого учения является дарвинизм; основой данного учения (теории) - генетика, селекция и другие биологические науки.
5. Экология с основами природоохранной деятельности - раздел, рассматривающий вопросы взаимосвязи организмов друг с другом, средой обитания, а также воздействие человека на Природу и пути преодоления негативных последствий этого воздействия.
Общая биология тесно взаимосвязана с комплексом медицинских и сельскохозяйственных наук, являясь, с одной стороны, их базой, а с другой - эти науки дают богатый фактический материал для иллюстрации общебиологических закономерностей. Знание и понимание вопросов общей биологии невозможно без владения знаниями математики, химии, физики, геологии, астрономии, философии и других наук естественного и гуманитарного циклов. Так, без знания основ органической химии невозможно понять ни молекулярную биологию, ни проблемы обмена веществ, лежащих в основе экологии, ни вопросы цитологии. Все это делает необходимым глубокое усвоение знаний как общебиологического характера, так и знаний других и естественно-математических и гуманитарных наук.
Знания общебиологических понятий и закономерностей имеют огромное значение для каждого человека, поскольку они являются базой для понимания основных проблем экологии (как специальной отрасли знаний), без овладения которыми современный человек не сможет выжить в постоянно усложняющейся экологической обстановке на нашей планете.
Общая биология изучает основные закономерности жизненных явлений, которые протекающих на различных уровнях организации живого. Рассмотрение организации живой материи начинается с выяснения строения и свойств сложных органических молекул. Клетки многоклеточных организмов входят в состав тканей, две или несколько тканей образуют орган. Многоклеточный организм сложного строения, что имеет в своем составе ткани и органы, в то же время является элементарной единицей биологического вида. Взаимодействующие между собой виды составляют сообщество, или экологическую систему, которая, в свою очередь, является одним из компонентов биосферы.
Соответственно этому выделяют несколько уровней организации живой материи.
1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращения энергии, передача наследственной информации и тому подобное.
2. Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов, что живут на Земле. Свободноживущих неклітинних форм жизни не существует.
3. Тканевый. Ткань представляет собой совокупность сходных по строением клеток, объединенных выполнением общей функции.
4. Органный. Органы - это структурно-функциональные объединение нескольких типов тканей. Например, кожа человека какразные вещества. Вследствие целого ряда сложных химических превращений вещества из окружающей среды уподобляются веществам живого организма и из них строится его тело. Эти процессы называются ассимиляцией или пластическим обменом.
5. Организменный. Многоклеточный организм является целостной системой органов, специализированных для выполнения различных функций.
6. Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим жильем, создает популяцию как систему надорганізмового порядке. В этой системе осуществляются простые, элементарные эволюционные преобразования.
7. Біогеоценотичний. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды обитания.
Приведем несколько примеров. Растения с двуокиси углерода и воды синтезируют сложные органические соединения - углеводы (крахмал и целлюлозу), которые используются как запасные питательные вещества и строительный материал. Белок куриного яйца в организме человека претерпевает ряд сложных преобразований, прежде чем превратится в белки, свойственные организму, - гемоглобин, кератин или любой другой.
Другая сторона обмена веществ - процессы диссимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому дисиміляцію называют еще энергетическим обменом.
Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и как следствие - постоянство их функционирования в непрерывно переменных условиях окружающей среды.
Самовоспроизводство (репродукция). При размножении живых организмов потомство обычно похоже на родителей: кошки воспроизводят котят, собаки - щенят. Из семян одуванчика снова растет одуванчик. Деление одноклеточного организма - амебы - приводит к образование двух амеб, полностью схожих с материнской клеткой. Таким образом, размножение - это свойство организмов воспроизводить себе подобных.
Что лежит в основе процесса самовоспроизведения? Обратим внимание на то, что этот процесс осуществляется практически на всех уровнях организации живой материи. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиди и т. п) после деления сходны со своими предшественниками. С одной молекулы ДНК - дезоксирибонуклеиновой кислоты - при ее удвоении образуются две дочерние молекулы, полностью повторяя начальную.
В основе самовоспроизведения лежат реакции матричного синтеза, то есть образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеїдів ДНК. Следовательно, самовоспроизведение - одно из основных свойств живого, тесно связанное с явлением наследственности.
Наследственность. Заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена стабильностью, т. е. постоянством строения молекул ДНК.
Изменчивость. Это свойство будто противоположная наследственности, но вместе с тем тесно связана с ней, поскольку при этом меняются наследственные задатки - гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Если бы репродукция матриц - молекул ДНК - всегда происходила с абсолютной точностью, то при размножении организмов осуществлялась бы преемственность только существовавших прежде признаков, и приспособление видов к меняющимся условиям среды оказалось бы невозможным. Следовательно, изменчивость - это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц.
Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, то есть отбора найпристосованіших особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что, в свою очередь, приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
Рост и развитие. Способность к развитию - всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, вследствие которого изменяется его состав или структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или філогенезом.
На протяжении онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организмов. Развитие сопровождается ростом. Независимо от способа размножения все дочерние особи, образующиеся из одной зиготы или споры, почки или клетки, получают по наследству только генетическую информацию, то есть возможность проявлять те или иные признаки.
В процессе развития возникает специфическая структурная организация индивида, а увеличение его массы обусловлено репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток. Филогенез, или эволюция, - это необратимое и направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом эволюции является все многообразие живых организмов на Земле.
Раздражение. Любой организм неразрывно связано с окружающей средой: извлекает из нее питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организмами и тому подобное. В процессе эволюции у живых организмов выработались и закрепились свойства избирательно реагировать на внешние воздействия. Это свойство носит название раздражение. Любое изменение условий окружающей среды по отношению к организму раздражение, а его реакция на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражения.
Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется с помощью нервной системы и называется рефлексом.
Организмы, не имеющие нервной системы, например простейшие или растения, лишены рефлексов. их реакции, выражающиеся в изменении характера движения или роста, принято называть таксисами или тропізмами, добавляя при их обозначении название раздражителя. Например, фототаксис - движение в направлении к свету; хемотаксис - перемещение организма по отношению к концентрации химических веществ. Каждый род таксиса может быть положительным или отрицательным в зависимости от того, действует раздражитель на организм притягаючим или отталкивающим образом.
Под тропізмами понимают определенный характер роста, которое свойственно растениям. Так, геліотропізм (от греч. helios - Солнце) означает рост надземных частей растений (стебля, листьев) по направлению к Солнцу, а геотропизм (от греч. geos - Земля) - рост подземных частей (корней) в направлении к центру Земли.
8. Дискретность (от лат. discretus - прерывистый, разделенный). Дискретность - всеобщее свойство материи. Так, с курса физики и общей химии известно, что каждый атом состоит из элементарных частиц, что атомы образуют молекулу. Простые молекулы входят в состав сложных соединений или кристаллов и тому подобное. Жизнь на Земле также проявляется в виде дискретных форм. Это означает, что отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз и т. п) состоит из отдельных изолированных, то есть обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, создавая структурно-функциональное единство. Например, любой вид организмов включает отдельные особи. Тело высокоорганизованной особи образует пространственно отграниченные органы, которые, в свою очередь, состоят из отдельных клеток. Энергетический аппарат клетки представлен отдельными митохондриями, аппарат синтеза белка - рибосомами и т. д. вплоть до макромолекул, каждая из которых может выполнять свою функцию, лишь будучи пространственно изолированной от других. Дискретность строения организма - основа его структурной упорядоченности, она создает возможность постоянного самообновления его путем замены структурных элементов (молекул, ферментов, органоидов клетки, целых клеток), что «износились», без прекращения выполняемой функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции путем гибели или устранения от размножения непригодных особей и сохранения индивидов с полезными для выживания признаками.
9. Саморегуляция (авторегуляція). Это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условияхокружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ. Подобные реакции осуществляются разными путями благодаря деятельности регуляторных систем - нервной и эндокринной. Сигналом для включения той или иной регулирующей системы может быть изменение концентрации какого-либо вещества или состояния какой-либо системы.
Например, понижение концентрации АТФ - универсального аккумулятора (накопителя) энергии в клетке - служит сигналом, запуская процесс ее синтеза. Наоборот, восполнение запасов АТФ прекращает интенсивный синтез этой вещества. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработка гормона поджелудочной железы - инсулина, который уменьшает содержание сахара в крови. Снижение уровня глюкозы в крови замедляет выделение гормона в кровяное русло. Уменьшение числа клеток в ткани (например, в результате травмы) вызывает усиленное размножение клеток, что остались; восстановление нормальной количества клеток дает сигнал о прекращении интенсивного клеточного деления.
10. Ритмичность. Это свойство присуще как живой, так и неживой природе. Обусловлено оно различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца, сменой времен года, фазами Луны и тому подобное. Для неживой природы характерны, например, изменения освещенности и температуры в течение года и суток, приливы и отливы в морях и океанах, перемещение воздушных масс - ветры и тому подобное. Живые организмы также подчиняются внешним датчикам времени, однако реакция их значительно сложнее изменении окружающей среды.
Повсюду в живой и неживой природе распространены колебательные процессы. Океанские приливы и отливы, смена дня и ночи, фаз Луны, чередование времен года, периодическое увеличение солнечной активности, цикличность геологических процессов, в том числе периодическая смена суш морем и моря сушей, - все это различные формы колебательных процессов. Периодические изменения в окружающей среде имеют глубокий влияние на живую природу и на собственные ритмы живых организмов.
Ритм - это повторение одного и того же состояния через разные промежутки времени. В биологии под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических функций с различными периодами колебаний (от нескольких секунд до года и столетия). Хорошо известны суточные ритмы сна и бодрствования у человека; сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих (суслики, ежи, медведи) и много других.
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой, то есть на приспособление к постоянно меняющимся условиям существования.
11. Энергозависимость. Живые тела являются «открытыми» для поступления энергии системы. Это понятие заимствовано из физики. Под «открытыми» понимают динамические, есть системы, которые не находятся в состоянии покоя, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи извне. Итак, живые организмы существуют до тех пор, пока в них поступает энергия и материя в виде пищи из окружающей среды. Следует отметить, что живые организмы в отличие от объектов неживой природы отграничены от окружающей среды оболочками (наружная клеточная мембрана у одноклеточных, покровная ткань у многоклеточных). Эти оболочки затрудняют обмен веществ между организмом и внешней средой, сводят к минимуму потери веществ и поддерживают пространственное единство системы.
Таким образом, живые организмы резко отличаются от объектов физики и химии - неживых систем - своей исключительной сложностью и высокой структурной и функциональной упорядоченностью. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Живет является особой ступенью развития материи.
Теперь, после ознакомления с основными свойствами живых организмов, можно сформулировать определение понятия «жизнь». Материалистическое определение жизни дал Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своей сути в постоянном самооновленні химических составных частей этих тел». Это определение дано Энгельсом более 100 лет назад. В него вошли два важных положения: 1) жизнь тесно связана с белковыми телами и 2) непременное условие жизни - постоянный обмен веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.
Достижения биологии нашего времени позволили вскрыть новые черты, характерные для живых организмов, и на этом основании дать более подробное определения понятия «жизнь». Одно из таких определений принадлежит М. В. Волькенштейну: «Живые тела, существующие на Земле, являются открытыми саморегулирующимися и самовідтворюваними системами, построенными из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот».
