Биология — наука о жизни. Основатели биологии и основные вехи в изучении живого мира. Введение в биологию - программа Элементы, образующие систему

Введение

1. Введение в науку биологию

2. Определение и свойства жизни

Введение в науку биологию

Термин биология (от греч. биос - жизнь, логос - наука) введен в начале XIX в. независимо друг от друга Ж.-Б. Ламарком и Г. Тревиранусом для обозначения науки о жизни как особом явлении природы. В настоящее время его используют и в ином смысле, относя к группам организмов, вплоть до вида (биология микроорганизмов, биология северного оленя, биология человека), биоценозам (биология арктического бассейна), отдельным структурам (биология клетки). Жизнь – это специфическое свойство определенных систем, называемых «живыми». Биология – наука о живых системах.

Предметом биологии как учебной дисциплины служит жизнь во всех ее проявлениях: строение, физиология, поведение, индивидуальное (онтогенез) и историческое (эволюция, филогенез) развитие организмов, их взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой.

Современная биология представляет комплекс, систему наук. Отдельные биологические науки или дисциплины возникли вследствие процесса дифференциации, постепенного обособления относительно узких областей изучения и познания живой природы.

В биологии выделяют науки по объектам исследования : о животных - зоологию; о растениях - ботанику; анатомию и физиологию человека как основу медицинской науки. В пределах каждой из этих наук имеются более узкие дисциплины. Например, в зоологии выделяют протозоологию, энтомологию, гельминтологию и другие.

Биологию классифицируют по дисциплинам, изучающим морфологию (строение) и физиологию (функции) организмов. К морфологическим наукам относят, например, цитологию , гистологию , анатомию . Физиологические науки - это физиология растений, животных и человека.

Для уяснения биологических основ развития, жизнедеятельности и экологии конкретных представителей животного и растительного мира неизбежно обращение к общим вопросам сущности жизни, уровням ее организации, механизмам существования жизни во времени и пространстве. Наиболее универсальные свойства и закономерности развития и существования организмов и их сообществ изучает общая биология.

Сведения, получаемые каждой из наук, объединяются, взаимодополняя и обогащая друг друга, и проявляются в обобщенном виде, в познанных человеком закономерностях, которые либо прямо, либо с некоторым своеобразием (в связи с социальным характером людей) распространяют свое действие на человека.

Для современной биологии характерно комплексное взаимодействие с другими науками (химией, физикой, математикой) и появление новых сложных дисциплин.

Вторую половину XX столетия называют веком биологии. Такая оценка роли биологии в жизни человечества представляется еще более оправданной в наступившем XXI в. К настоящему времени наукой о жизни получены важные результаты в области изучения наследственности, фотосинтеза, фиксации растениями атмосферного азота, синтеза гормонов и других регуляторов жизненных процессов. Уже в реально обозримом будущем путем использования генетически модифицированных растительных и животных организмов, бактерий могут быть решены задачи обеспечения людей продуктами питания, необходимыми медицине и сельскому хозяйству лекарствами, биологически активными веществами и энергией в достаточном количестве, несмотря на рост населения и сокращение природных запасов топлива. Исследования в области геномики и генной инженерии , биологии клетки и клеточной инженерии, синтеза ростовых веществ открывают перспективы замещения дефектных генов у лиц с наследственными болезнями, стимуляции восстановительных процессов, контроля за размножением и физиологической гибелью клеток и, следовательно, воздействия на злокачественный рост.

Биология относится к ведущим отраслям естествознания. Высокий уровень ее развития служит необходимым условием прогресса медицинской науки и здравоохранения.

Значение биологии для медицины велико. Биология - теоретическая основа медицины. Врач древней Греции Гиппократ (460-374 г. до н.э.) считал, что «необходимо, чтобы каждый врач понимал природу». Во всех теоретических и практических медицинских науках используются общебиологические обобщения.

Теоретические исследования, проводимые в различных областях биологии, позволяют использовать полученные данные в практической деятельности медицинских работников. Например, открытие структуры вирусов, возбудителей инфекционных заболеваний (оспы, кори, гриппа и других), и способов их передачи, позволило ученым создать вакцину, предотвращающую распространение этих заболеваний или снижающую риск гибели людей от этих тяжелых инфекций.

Биологическая подготовка играет принципиальную и все более возрастающую роль в структуре медицинского образования. Будучи фундаментальной естественнонаучной дисциплиной, биология раскрывает закономерности возникновения и развития, а также необходимые условия сохранения жизни как особого явления природы нашей планеты . Человек, отличаясь несомненным своеобразием в сравнении с другими живыми формами, тем не менее, представляет собой закономерный результат и этап развития жизни на Земле, поэтому само его существование прямо зависит от общебиологических (молекулярных, клеточных, системных) механизмов жизнедеятельности.

Связь людей с живой природой не ограничивается рамками исторического родства. Человек был и остается неотъемлемой частью этой природы, влияет на нее и в то же время испытывает на себе влияние окружающей среды. Характер таких двусторонних отношений сказывается на состоянии здоровья человека.

Развитие промышленности, сельского хозяйства, транспорта, рост народонаселения, интенсификация производства, информационные перегрузки, усложнение отношений в семьях и на работе порождают серьезные социальные и экологические проблемы: хроническое психоэмоциональное напряжение, опасное для здоровья загрязнение среды жизни, уничтожение лесов, разрушение природных сообществ растительных и животных организмов, снижение качества рекреационных зон. Поиск эффективных путей преодоления указанных проблем невозможен без понимания биологических закономерностей внутривидовых и межвидовых отношений организмов, характера взаимодействия живых существ, включая человека, и среды их обитания. Уже отмеченного достаточно, чтобы уяснить, что многие разделы науки о жизни, даже в ее классическом формате, имеют очевидное прикладное медицинское значение.

На самом деле в наше время в решении проблем охраны здоровья и борьбы с болезнями биологические знания и «высокие биотехнологии» (генетическая, клеточная инженерия) начинают занимать не просто важное, но по-настоящему определяющее место. Действительно, минувшееXX столетие, наряду с тем, что оно, в соответствие с главными направлениями научно-технического прогресса, характеризовалось химизацией, технизацией, компьютеризацией медицины, стало также веком превращения последней в биомедицину.

Представление об этапах названного превращения, стартовавшего в конце XIX - начале XX веков дает метафора смены «поколений охотников», принадлежащая лауреату нобелевской премии 1959 г. за открытие механизма биологического синтеза нуклеиновых кислот Артуру Корнбергу. На каждом из следующих друг за другом этапов биология обогащала мир выдающимися фундаментальными открытиями или технологиями, дальнейшая разработка и использование которых в интересах медицины позволяли здравоохранению достичь решающих успехов в той или иной области борьбы с недугами людей.

В первые десятилетия минувшего столетия, по мнению А. Корнберга, лидирующая роль принадлежала «охотникам» за микробами, с результатами исследований которых связаны поразительные достижения мирового и отечественного здравоохранения в решении проблемы контроля над инфекциями, прежде всего особо опасными.

Во второй четверти XX века лидирующее положение перешло к «охотникам» за витаминами, в 50-60-е годы - за ферментами, на рубеже XX-XXI столетий - к «охотникам» за генами. Приведенный перечень можно дополнить также поколениями «охотников» за гормонами, факторами тканевого роста, рецепторами к биологически активным молекулам, за клетками - участницами иммунологического надзора за белковым и клеточным составом организма и другими. Сколь длинным, однако, не был бы этот перечень, очевидно, что в нем «охоте» за генами принадлежит качественно особое место.

В наши дни главная задача такой «охоты», уже оформившейся в самостоятельную научно-практическую дисциплину - геномику, состоит в выяснении порядка расположения нуклеотидных пар в молекулах ДНК или, другими словами, прочтении ДНК-текстов геномов людей (проект «геном человека») и других организмов. Не трудно видеть, что исследования в названном направлении открывают врачам доступ к содержанию первичной генетической информации, заключенной в геноме каждого отдельно взятого человека (генодиагностика ), которой, собственно, определяются особенности процесса индивидуального развития организма, многие его свойства и качества во взрослом состоянии. Указанный доступ создает перспективу адресного изменения информации в целях борьбы с болезнями или предрасположенностью к ним (генотерапия, генопрофилактика ), а также предоставления каждому человеку биологически обоснованных рекомендаций к выбору, например, оптимального региона для проживания, характера питания, рода трудовой деятельности, в широком плане к конструированию образа жизни соответственно личной генетической конституции в интересах собственного здоровья.

Л Е К Ц И Я N 1

БИОЛОГИЯ. МЕДИЦИНА. ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ БИОЛОГИЮ

1. Биология - наука о жизни.

2. Биология - теоретическая основа медицины.

3. Роль биологии в системе подготовки врача.

4. Сущность, свойства, признаки живого.

5. Уровни организации живых организмов.

Биология - наука о жизни, которая изучает жизнь как особую форму движения материи, законы ее существования и развития. Предметом биологии являются живые организмы, их строение, функции, а также природные сообщества организмов. Термин "биология" впервые был предложен Ж. Б. Ламарком в 1802 году, и происходит от двух греческих слов: bios - жизнь, logos - наука. Вместе с астрономией, физикой, химией, геологией и др. науками, изучающими природу, биология относится к числу естественных наук.

Биология не является единой дисциплиной. Она является совокупностью по меньшей мере 50 дисциплин. К биологии относятся:

а) морфологические дисциплины (анатомия, гистология), описывающие строение организмов;

б) физиологические дисциплины (физиология клетки, животных, растений);

в) общебиологические дисциплины (цитология, генетика, эволюционное учение и т.д.);

д) пограничные дисциплины (биохимия, биофизика, антропология).

Биология как наука накопила огромный фактический материал. По мере развития науки факты постепенно обобщались, осмысливались, создавались гипотезы и теории. Однако никогда не следует забывать, что философские обобщения и выводы всегда обусловлены мировоззрением ученого. Например, К. Линней внес много нового в биологию (предложил сохранившуюся и поныне бинарную номенклатуру), но будучи глубоко религиозным человеком стоял на позициях метафизики и признавал сотворение видов богом. Ч. Дарвин был стихийным диалектиком и явился творцом эволюционной теории. Геккель был горячим последователем Дарвина, пропагандистом его учения, но не будучи до конца диалектиком, Геккель не смог понять разницы между законами развития природы и человеческого общества. В итоге механически перенес положения эволюционной теории Ч. Дарвина на человеческое общество и создал социал-дарвинизм. Он явился в конечном итоге основоположником расизма. Именно поэтому; биология, как любая другая наука всегда являлась ареной острой идеологической борьбы.

По своему мировоззрению ученые с древнейших времен разделились на материалистов и идеалистов. Материалисты признают, что весь мир материален, природа существует объективно, независимо от сознания человека, а сознание - продукт материи - мозга и общественного развития. В противоположность этому идеалисты утверждают, что первичным является нематериальное начало и что весь материальный мир - порождение сознания духа.

Решение задач, которые стоят перед наукой, возможно лишь на базе научного мировоззрения, которое дает правильное представление об окружающем мире.

ЗНАЧЕНИЕ РАЗДЕЛОВ КУРСА БИОЛОГИИ В ПОДГОТОВКЕ ВРАЧА.

Врачебная практика ------------------- Мировоззрение врача

Мед.генетика Биология Эволюционное Человек и Экология

(наследственность клетки учение биосфера с основами

│ │ │ │ │

│ │ │ │ │

болезни человека клетки онтогенеза адаптации заболевания

пороки ─────┘

развития

Биология - наука о жизни. Познание сущности жизни - одна из основных задач общей биологии. Среди первых попыток человечества объяснить возникновение жизни на Земле следует назвать гипотезы самозарождения, основоположником которых был Аристотель. Он полагал, что живое возникло из неживого. Однако движущей силой этого процесса считал божественную силу - энтелехию. Мыслители древнего мира и средневековья считали, что рыбы и лягушки возникают из ила, черви из гниющего мяса, гусеницы из земли и т.д. Известный биолог и врач XVI в. Ван Гельмонт был убежден, что мыши зарождаются из белья и зерна. Основоположник химии Парацельс предлагает рецепт изготовления человека (гомункулюса) в колбе.

Борьба против представления о самозарождении организмов происходила в течение многих веков. Первое экспериментальное опровержение теории самозарождения было сделано Франческой Риди в опытах с гниющим мясом. Им было показано, что если не дать возможности мухам садиться на мясо, личинки ("черви") не развиваются.

С открытием микроорганизмов сторонники теории самозарождения стали говорить о произвольном возникновении микробов. Против этих утверждений выступили в 1775г. Тереховский (опыты с крашением прокипяченных или промороженных настоев), Спаланцани в 1765 г. (опыты со стерилизацией жидкостей). Тем не менее, в 1859 г. француз Пуше привел данные, что в прокипяченных питательных бульонах происходит самозарождение бактерий. Против Пуше выступил Луи Пастер, который доказал, что питательные бульоны, если в них нет микроорганизмов, могут сохраняться годами и в них не обнаруживаются никакие признаки жизни. После опытов Пастера стало очевидным, что существующие формы жизни, какими бы простыми они не были, не могут возникнуть путем самозарождения. Эти факты явились основанием для выдвижения тезиса извечного существования жизни во Вселенной и ее заноса на Землю из космоса. В 1895г. с широкой аргументацией этой точки зрения выступил С. Аррениус, назвав ее теорией панспермии. При этом вопрос о первичном возникновении жизни на космических телах не затрагивался. Широкое хождение имели предположения о заносе зародышей живых организмов на Землю с метеоритами. Однако все попытки обнаружить в метеоритах какие-либо признаки живого не увенчались успехом. Критикуя взгляды сторонников этеризма (лат.acternus - вечный) Энгельс писал: "Вышеприведенная гипотеза о "вечной жизни" и о занесении извне ее зародышей предполагает:

1)вечность белка,

2)вечность первичных форм, из которых может развиваться все органическое. И то, и другое недопустимо" (Диалектика природы).

Принципиальное диалектико-материалистическое решение вопроса о появлении жизни на Земле было дано Энгельсом, который писал: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел" (Антидюринг). Т.о. Энгельс охарактеризовал жизнь как одну из форм движения материи, а именно биологическую форму: более высокую, чем механическая, физическая, химическая. Энгельс показал, что развитие живого из неживого является естественной закономерностью. Жизнь возникла из неживого в процессе эволюции нашей планеты на определенном этапе ее существования. Основным субстратом живого на Земле является белок. Уровень развития науки того времени позволял полагать, что основным субстратом жизни является белок. Однако, в свете современных представлений под субстратом жизни понимают комплекс веществ, принадлежащих к двум классам биополимеров - белкам и нуклеиновым кислотам. В связи с этим предпринимались попытки "по-новому" определить понятие "жизнь". Все попытки не изменили сути и формулировки данной Энгельсом. Наиболее удачное определение жизни дал Дж. Бернал: "Жизнь - это функция взаимодействия белков и нуклеиновых кислот на Земле". Этим определением допускается наличие во Вселенной других форм жизни. Итак, субстрат жизни - белки и нуклеиновые кислоты.

Живое характеризуется целым рядом важнейших признаков:

1.Обмен веществ и энергии. Энгельс в своем определении подчеркнул, что основное свойство живого - обмен веществ. Любой живой организм можно представить как открытую систему, поддерживающую непрерывный обмен веществ и энергии с окружающей средой.

ЖИВОЕ КАК ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА

вещества из внешней среды

┌──────────┘ └─────────────┐

АССИМИЛЯЦИЯ │ │ ДИССИМИЛЯЦИЯ

┌─────┬───────┐ │ │ ┌────────────────┐

Гетеро- │ │ │ │Аэробная │

трофы │ │ │ │ Анаэробная

Миксотрофы │ └──────────┐ ┌────────────┘

Аутотрофы продукты

Метаболизма

2. Структурная организация. Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое, но характеризуется сложностью химических соединений, обусловленной определенной упорядоченностью на молекулярном уровне. Структурная организация - характерное свойство живого на всех уровнях его организации. Типичный пример упорядоченной структуры - хромосома.

3. Дискретность и целостность. Органический мир целостен, т.к. составляет систему взаимосвязанных частей, и в то же время он дискретен (лат.discretus - прерывистый). Органический мир состоит из отдельных единиц - организмов или особей. Каждый организм состоит из клеток, последняя из субклеточных структур (органелл), но функционирует как единое целое.

4. Репродукция - воспроизведение себе подобного.

5. Наследственность и изменчивость - важнейшие свойства живого, связанные с передачей потомству от родителей наследственных признаков организма и с возможностью их изменяться под влиянием факторов среды.

6. Рост и развитие - свойство организма расти и развиваться за счет деления клеток и их дифференцировки.

7. Раздражимость и движение. Свойство живого, благодаря которому организмы непрерывно контактируют с окружающей средой,

другими организмами. У одноклеточных оно проявляется в виде таксисов, у растений - в виде тропизмов, у высших животных - в виде рефлексов.

8. Внутренняя регуляция и гомеостаз. Любой организм, являясь открытой системой, сохраняет в то же время постоянство своей внутренней среды (гомеостаз) благодаря нейрогуморальной регуляции гомеостаза.

Энгельс рассматривал жизнь как форму движения материи в неживой природе. Современное естествознание, руководствуясь диалектико-материалистической методологией, пошло еще дальше по пути выявления форм движения материи и исходит из представлений о разных уровнях организации живого, т.е. о различном проявлении форм движения материи даже в пределах органического мира.

Выделяют пять уровней организации живого:

1. Молекулярно-генетический. Элементарными структурами этого уровня являются центральные управляющие системы - коды наследственной информации, передаваемые от поколения к поколению, а элементарными явлениями - воспроизведение этих кодонов по принципу матрицы и производство первичных генных структур.

2. Клеточный. Элементарной структурной единицей этого уровня является клетка, а элементарным эволюционным явлением - деление клеток.

3. Онтогенетический. Элементарные структуры этого уровня организмы, а элементарные явления - их онтогенез и неизвестные еще в деталях механизмы, которые управляют упорядоченным во времени и пространстве индивидуальным развитием многоклеточных организмов.

4. Популяционно-эволюционный. Здесь элементарными структурами являются популяции любого вида живых организмов, а элементарное явление - направленное изменение их генетического состава. Последнее ведет к возникновению приспособлений и в итоге к видообразованию на основе естественного отбора.

5. Биосферно-биогеоценотический. Элементарными структурами этого уровня являются биогеоценозы, а элементарными явлениями переходы из одного состояния, временного, неустойчивого равновесия в другое. Принципиальная неделимость биосферы обуславливает необходимость решения многих проблем охраны природы и использования ее ресурсов.

Современная биология находится на полосе открытий. Во многом именно от успехов на биологическом фронте естествознания зависят важные аспекты будущего человечества.

Лекция 1. Введение в науку биология

1. Предмет биологии. Классификация биологических наук

2. Методы изучения (исследования) биологии

3. Основные свойства живых существ. Определение понятия «жизнь»

4. Уровни организации живого

Предмет биологии. Классификация биологических наук

Термин «биология» образуется из двух греческих слов (bios - жизнь и logos - учение).

Термин был введен в 1802 году двумя естествоиспытателями - Ж.Б. Ламарком и Г.Р. Тревиранусом, независимо друг от друга.

Биология изучает общие закономерности, характерные для всего живого и раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие.

Биология - комплексная наука. Разделы науки биологии классифицируются по следующим направлениям:

1) изучению систематических групп (по объектам исследования). Например, зоология, ботаника, вирусология.

В пределах этих наук имеются узкие направления (или дисциплины). Например, в зоологии выделяют протозоологию, гельминтологию, энтомологию и др.

2) изучению разных уровней организации живого: молекулярная биология, гистология и др.

3) свойствам и проявлениям жизни отдельных организмов. Например, физиология, генетика, экология.

4) связям с другими науками (в результате интеграции наук). Это биохимия, биофизика, биотехнология, радиобиология и др.

Методы изучения биологии

Основными методами, которые используются в биологических науках, являются:

1) наблюдение и описание - самый старый (традиционный) метод биологии. Этот метод широко используется и в наше время (в зоологии, ботанике, цитологии, экологии и др.)

2) сравнение, т.е. сравнительный метод дает возможность найти сходства и различия, общие закономерности в строении организмов.

3) опыт или эксперимент. Например, опыты Г.Менделя или работы И.П.Павлова в физиологии.

4) моделирование - создание определенной модели или процессов и их изучения. Например, моделирование условий и процессов (недоступных наблюдению) происхождения жизни.

5) исторический метод - изучение закономерности появления и развития организмов

Основные свойства живого

Живые существа отличаются от неживых тел целым рядом свойств. К основным свойствам живого относятся:

Специфическая организация.

Живые организмы обладают необходимыми структурами, обеспечивающими их жизнедеятельность.

Специфическая организация живых существ проявляется и в особенности химического состава. Из химических элементов большая доля приходится на кислород, углерод, водород, азот. В сумме они составляют более 98% химического состава. Эти элементы образуют в живых организмах сложные органические соединения - белки, жиры, нуклеиновые кислоты, углеводы, которые не встречаются в неживой природе.

Обмен веществ и энергии.

Организмы постоянно совершают обмен веществ и энергии с окружающей средой - это обязательное условие существования.

Обмен веществ и энергии слагается из 2х процессов:

а) синтеза или ассимиляции, или пластического обмен (с поглощением энергии).

б) распада или диссимиляции, или энергетического обмена (с выделением энергии)

Гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды.

В живых существах протекают сложные саморегулирующиеся процессы, которые идут в строго определенном порядке и направлены на поддержание постоянства внутренней среды (например, на постоянство химического состава). При этом организм находится в состоянии динамического равновесия (т.е. подвижного равновесия), что важно при существовании в меняющихся условиях среды.

Размножение

Размножение - свойство организмов воспроизводить себе подобных. Каждое живое существо имеет ограниченный срок жизни, но, оставляя после себя потомство, обеспечивает непрерывность и приемственность жизни.

Способность к развитию - изменение объектов живой природы.

Индивидуальное развитие (онтогенез) - развитие особи в большинстве случаев начинается от зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) или от деления материнской клетки до конца жизни. В ходе онтогенеза происходит рост, дифференцировка клеток, тканей, органов, взаимодействие отдельных частей. Продолжительность жизни особей ограничивается процессами старения, приводящими к смерти.

Филогенез - историческое развитие мира живых организмов.

Филогенез - это необратимое и направленное развитие живой природы, которое сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни. Результатом исторического развития является разнообразие живых существ.

Раздражимость.

Раздражимость - способность организма отвечать на воздействия определенными реакциями. Формой проявления раздражимости является движение.

У растений - тропизм (например, изменение положения листьев в пространстве из-за освещенности - фототропизм).

У одноклеточных животных - таксисы.

Реакции многоклеточных на раздражение осуществляются с помощью нервной системы и называются рефлексами.

Наследственность.

Наследственность - свойство организмов передавать из поколения в поколение характерные признаки вида с помощью носителей наследственной информации, молекул ДНК и РНК.

Изменчивость.

Изменчивость - это свойство организмов приобретать новые признаки. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора.

На основании свойств живого ученые пытаются дать определение понятию «жизнь». Современному состоянию развития биологии лучше всего соответствует определение жизни, данное ученым - биофизиком М.В. Волькенштейном: «Живые тела представляют собой открытые саморегулирующиеся, самовоспроизводящиеся системы, построенные из полимеров - белков и нуклеиновых кислот и поддерживающие свое существование в результате обмена веществ и энергии с окружающей средой».

В это определение входят признаки живого. Каждая клетка и организм в целом являются системой, т.е. представляют собой совокупность взаимодействующих, упорядоченных структур (органоидов, клеток тканей, органов). Живые существа - это открытые системы, которые находятся в состоянии динамического равновесия с внешней средой. Живые существа осуществляют непрерывный обмен веществ и энергии с окружающей средой (поглощение и выделение, ассимиляция и диссимиляция).

Уровни организации живых существ

Жизнь на Земле представляет собой целостную систему, состоящую из различных структурных уровней организации биологических существ. Выделяют несколько основных уровней организации (разделение имеет условный характер)

Молекулярно генетический.

Биология начинается с молекулярного уровня, т.к. атомный уровень не несет следов биологической специфичности. Этот уровень исследует молекулы ДНК, РНК, белки, гены и их роль в хранении и передаче генетической информации, в обмене веществ и превращении энергии. Биология изучает законы, характерные для этого уровня.

Клеточный.

Структурной, функциональной и генетической единицей живых существ является клетка. Вирусы, будучи неклеточной формой организации живого, проявляют свои свойства как живые организмы только внедрившись в клетки.

На клеточном уровне изучают строение клеток и клеточных компонентов, самовоспроизведение, реализацию наследственной информации, обмен веществ и энергии, происходящих на уровне клетки.

Организменный.

Структурной единицей на этом уровне служит организм, особь. Организм - самостоятельно существующая в среде система. На этом уровне протекают процессы онтогенеза. В ходе онтогенеза реализуется наследственная информация в определенных условиях внешней среды, т.е. формируется фенотип организма данного биологического вида.

Популяционно-видовой.

Элементарной единицей вида является популяция. На этом уровне изучается обмен генетической информации при скрещивании, изменения генетического состава популяций, факторы, влияющие на динамику генетического состава популяций, проблемы сохранения исчезающего вида.

Экосистемный.

Структурной единицей этого уровня являются экосистемы, под которыми понимаются участки земной поверхности с определенными природно-климатическими условиями и связанные с ними сообщества микроорганизмов, животных и растений, которые образуют неразделимый взаимообусловленный комплекс. Этот уровень изучает круговорот веществ и поток энергии, которые связаны с жизнедеятельностью всех живых организмов. Экосистемы составляют биосферу - область распространения жизни на Земле. Выделяют социальный уровень, характерный для человека.

Все уровни организации тесно объединены между собой, что свидетельствует о целостности живой природы. Без биологических процессов, которые осуществляются на этих уровнях, невозможно существование жизни на Земле.

Человек и все человечество - составляющая часть биосферы. Здоровье человека зависит от состояния биосферы, от умения приспосабливаться к меняющимся условиям среды. Если эта способность проявляется недостаточно, то могут возникнуть нарушения, которые затрагивают различные уровни жизни (клеточный, организменный).

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БОТАНИКИ И ЗАЩИТЫ ЛЕСА

Одобрена: УТВЕРЖДАЮ

Кафедрой ботаники и Декан факультета

Защиты леса _______________Нагимов З.Я.

Протокол №________ _________________ 2008г.

«_____»____________2008г.

Зав.кафедрой__________

методической комиссией

факультета

протокол №___________

от «_____»____________2008г.

Председатель_______________

ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ

Для направления - специальности - 205201- лесное хозяйство;

205203- садово - парковое и ландшафтное

строительство

Факультет Лесохозяйственный

Курс - 1 семестр - 1

Трудоемкость дисциплины по стандарту -

В том числе: Лекции - 16 час.

Лабораторные - 0

Практические - 16 час.

Контрольные мероприятия: Зачеты - 1 час.

Всего - 64 час.

Составитель: кандидат биологических наук Зотеева Е.А

Екатеринбург 2008

Цели задачи дисциплины, ее место в учебном процессе

Введение в биологию является первой естественно-научной дисциплиной для специальностей 2065201 и 205203, изучаемой на первом курсе.

Цель дисциплины: обеспечить, в соответствии с требованиями учебной программы, необходимый уровень знаний по общебиологическим вопросам для наиболее качественного освоения специальных дисциплин, имеющих биологическую основу.

Задачи дисциплины:

Знакомство студентов с основными общебиологическими проблемами, особенно с вопросами, связанными с разнообразием органического мира, основами эволюционного учения и экологии;

Обеспечение устойчивых знаний по биологии клетки;

Освоение методики микроскопических исследований, создание навыков изготовления и работы с микропрепаратами.

Дисциплины, обеспечивающие изучение данной дисциплины

Так как введение в биорлогию по учебному плану начинает изучаться в первом семестре первого курса и является первой биологической дисциплиной в графике учебных занятий, она базируется лишь на остаточных знаниях, полученных при изучении школьной программы.

Обеспечиваемые дисциплины

Ботаника. Разделы: клеточное строение растений, анатомия растительных тканей, история развития систематики растений, филогенетическое развитие царства растений.

Физиология растений. Разделы: разделы анатомического строения основных органов растений и теоретическое обоснование важнейших физиологических процессов, происходящих в них.

Экология . Разделы: иерархия структурных уровней живой природы, царства живой природы, основы эволюционного учения.

Биология лесных зверей и птиц. Разделы: разнообразие живых организмов, систематика царства животных.

Лесная энтомология. Разделы о циклах развития насекомых разных таксономических групп.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

Медников Б.М. Аксиомы биологии. – М.: Знание, 1982.

Пособия по биологии для поступающих в вузы.

П.Кемп, К.Армс. Введение в биологию. – М.: «Мир», 1988. –671 с.

Родионова А.С., Барчукова М.В. Ботаника. – Л., 1990

Дополнительная:

Воронцов Н.Н. Теория эволюции: истоки,постулаты и проблемы. –

М.:Знание, 1984.

Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. – М.: Мир, 1990. Т. 1,2.

Эзау К. Анатомия семенных растений. – М.: Мир, 1980. Т. 1,2.

Ярыгин В.Н., Васильев В.И. и др. Биология.- М.: Высшая школа, 1999.- 448 с.

Методические разработки кафедры:

Зотеева Е.А., Михайлов Ю.Е. Введение в биологию.- Екатеринбург, 2003.- 28 с.

Технические средства обучения:

1. Оборудование для микроскопических исследований.

Количество часов: основной поток

Перечень лабораторных работ :

Контрольная работа 1. Клеточный уровень организации жизни. Клеточная теория, разнообразие клеток. Структура и отличительные черты прокариотической и эукариотической клеток. Переход к многоклеточности в онтогенезе и филогенезе. Основные теории.

Контрольная работа 2. Этапы развития идеи эволюции. Основные эволюционные теории (К.Линней, Ж.-Б.ламарк, Ч.Дарвин) Основные положения СТЭ. Элементарные эволюционные явления и факторы.

ЛЕКЦИЯ № 1

Введение

Биология (от греч. в ios – жизнь и l ogos – учение, наука) изучает жизнь во всех проявлениях: строение и развитие живых организмов, их функции, взаимоотношения друг с другом и с окружающей средой. Биология относится к группе естественных наук наряду с математикой, физикой, химией и пр., объектом изучения которых является природа.

Термин «биология» впервые употребил в 1797 г Теодор Руз , а введен был в 1802 году Ж.Б.Ламарком для обозначения науки о жизни как особом явлении природы.

Современная биология – это интегрированная наука, комплекс наук, изучающих живую природу как особую форму движения материи, законы её существования и развития.

Общая биология – наука, изучающая общие свойства и закономерности развития живой природы.

Классификация биологических наук:

в зависимости от предмета исследования
1. микробиология (царство бактерий)
2. ботаника (царство растений)
3. зоология (царство животных)
4. микология (царство грибов)
5. орнитология (птицы)
6. лихенология (лишайники)
7. вирусология (вирусы)
8. бриология (мхи)
9. альгеология (водоросли)
10. ихтиология (рыбы)
11. энтомология (насекомые)
12. териология (млекопитающие)

в зависимости от изучения определенной стороны жизнедеятельности
(специальные науки)
1. эмбриология
2. генетика
3. физиология
4. экология
5. дарвинизм
6. этология

науки, изучающие морфологические особенности организмов
(сквозные науки)
1. анатомия
2. цитология
3. гистология

интегрированные науки :
1. биофизика
2. биохимия
3. молекулярная биология
4. генная и клеточная инженерия
5. биотехнология

Определение жизни

Объектом исследования общей биологии является жизнь – одна из высших форм движения материи, одна из альтернативных форм существования объективной реальности .

К материи относится все частицы и поля, из которых состоит окружающий нас мир. Материя непрерывно изменяется, движется. К низшим формам движения материи относятся физико-механическое и химическое, к высшим – биологическое и социальное.

Объективная реальность – это все то, что существует независимо от нашего сознания, независимо от наших взглядов, знаний, желаний. К объективной реальности относится материя, а также связанные с ней идеальные (нематериальные) явления и процессы, например, информация. С точки зрения биологии, объективная реальность существует одновременно в двух альтернативных формах: живой и неживой.

Классическое определение жизни дал Ф. Энгельс: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка ».

В настоящее время для определения жизни широко используется системный подход. Система – это определенным образом организованная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, образующих единое целое. При этом свойства всей системы несводимы к сумме свойств составляющих её элементов.

На основе системного подхода можно дать следующее определение жизни (по М. В. Волькенштейну): «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров – белков и нуклеиновых кислот ».

Однако приведенные определения жизни, основанные на биохимическом подходе, не охватывают всего многообразия различий между живым и неживым. Биологические системы обладают рядом существенных особенностей, которые в неживых системах или вообще не обнаруживаются, или встречаются как исключение.

Единство химического состава – одинаковые хим. элементы входят в состав живой и неживой природы, но их соотношение неодинаковое.

Основные свойства (критерии) живых организмов:

Высокоупорядоченное строение (молекулы БЖУ, клетка – единица структурная и функциональная, организм и т.д.)

Энергозависимость – организм – это открытая система.

Обмен веществ и энергии - метаболизм (ассимиляция и диссимиляция, обмен обеспечивает гомеостаз)

Рост и развитие (развитие живой материи представлено онтогенезом и филогенезом). Закономерные изменения организмов во времени называют развитием.

Самовоспроизведение - репродукция, размножение (половое и бесполое)

Наследственность и изменчивость

Саморегуляция – способность сохранять основные черты строения и функционирования при изменении окружающей среды

Адаптация (приспособления)– особенности строения, функций и поведения соответствуют образу жизни. Биологическая целесообразность – относительная приспособленность к условиям существования.

Ритмичность – периодические изменения интенсивности физиологических функций, связанных с различными периодами колебаний (суточные и сезонные)

Раздражимость – ответная избирательная реакция организма на раздражение (внешнее воздействие)***

Дискретность и целостность (лат. Discretus – прерывистый, состоящий из частей) – любая биосистема состоит из отдельных взаимодействующих частей, образующих структурно-функциональное единство.

Каждый организм, построенный из отдельных элементов, ведет себя в своей жизнедеятельности и взаимоотношениях со средой как единое целое, как система .

РАЗДРАЖИМОСТЬ

ТРОПИЗМЫ

РЕФЛЕКСЫ

Изменения характера роста растений, (перемещение части растения, вызываемое и направляемое внешним стимулом)

Изменение характера движения (перемещение клетки или всего организма, вызываемое внешним стимулом.)

Ненаправленное движение части растения ответ на внешнее раздражение

Ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая и контролируемая ЦНС.

Гелиотропизм (фототропизм)
(побеги «+», корни «-»)

Геотропизм
(побеги «-», корни «+»)

Хемотропизм
(корни «+»)

Гидротропизм
(корни «+»)

Аэротропизм
(пыльцевые трубки «-», корни «+»)

Гаптотропизм
(твердая поверхность)
«+» усики гороха к опоре

Фототаксис
«+» растения,эвглена
«-» тараканы, мокрицы)

Хемотаксис
«+» сперматозоид к яйцеклетке
«-» комар – репелленты

Аэротаксис
«+» бактерии аэробы

Геотаксис (сила тяжести)
«+»личинки планулы кишечнополостых опускаются на дно,
«-»личинки эфиры кишечнополостных всплывают к поверхности воды

Магнитотаксис

Реотаксис (сопротивление среды)
«+»бабочки летят против ветра

Безусловные

условные

Уровни организации живой материи:

1. Молекулярно-генетический уровень

На этом уровне происходит хранение, воспроизведение и начальная реализация наследственной информации . При хранении и воспроизведении наследственной информации возникают мутации – случайные, ненаправленные изменения генетического материала.

2. Клеточный уровень

Клетка – это элементарная биологическая система, обладающая всеми свойствами и признаками жизни. В сущности, жизнь начинается с клетки. На клеточном уровне протекают все обменные процессы. Упорядоченность и физиологическое единство обменных процессов обеспечиваются самой морфологической организацией клетки.

3. Онтогенетический (организменный) уровень

Онтогенезом называется индивидуальное развитие организма с момента образования зиготы до гибели этого организма. В ходе развития формируются все признаки организма, составляющие его фенотип , то есть полностью завершается реализация наследственной информации . Поэтому именно онтогенез является объектом действия естественного отбора.

4. Популяционно-видовой уровень

Популяции являются конкретной формой существования видов, поэтому популяционный и видовой уровень объединяют вместе. На популяционно-видовом уровне в ходе естественного отбора происходит дифференциальное (неодинаковое) воспроизведение генотипов, изменяется генотипическая структура популяций, протекает эволюция видов .

5. Биогеоценотический уровень (биоценоз+экотоп=биогеоценоз)

Этот уровень включает конкретные естественноисторические сообщества организмов в единстве с их средой обитания. В биогеоценозах происходит круговорот веществ и поток энергии . Популяции разных видов взаимодействуют между собой и эволюционируют в составе конкретных биогеоценозов («биогеоценоз – арена первичных эволюционных преобразований»). Поскольку эволюционируют популяции, постольку эволюционируют и биогеоценозы.

6. Биосферный уровень (толщина биосферы 20-40 км)

Совокупность всех биогеоценозов образует биосферу. Биосфера – это геологическая оболочка Земли, сформировавшаяся в результате деятельности биологических систем. В результате исторического развития органического мира Земли осуществляется глобальный круговорот веществ с переносом и трансформацией энергии. Следовательно, на биосферном уровне жизнь выступает как космическое явление .

Все перечисленные уровни образуют иерархичную систему (соподчинение), в которой каждый уровень характеризуется собственной спецификой, а явления одного уровня не могут быть описаны на других уровнях.

Уровни организации

Биосистема

Элементы, образующие систему

Основные процессы

1. Молекулярный

атомы и молекулы БЖУ

Хранение, воспроизводство и начальная реализация наследственной информации(биосинтез белка)

2. Клеточный

органоиды

Способность к воспроизведению, запас и расход энергии, вкл различных хим.элементов в состав клетки

3. Организменный

(онтогенетический)

организм

системы органов

Процессы онтогенеза: реализация наследственной информации, формируются характерные особенности данного вида.

4. Популяционно-видовой

популяция

(генетически открытые системы)

Рождаемость, смертность, выживаемость, структура популяции, плотность, численность.

Изменчивость и естественный отбор

5. Биогеоценотический

биогеоценоз

популяции

Потоки энергии и круговорот веществ

6. Биосферный

биосфера

биогеоценозы

Взаимодействие живого и неживого, влияние хоз. деятельности человека на природу, биологический круговорот веществ и энергии в масштабах всей планеты.

Методы изучения биологии:

Наблюдение – МИЖП в обычной обстановке

Описание

Сравнение – нахождение общих закономерностей и различий.

Исторический – МИЖП, при котором познание процессов развития живой природы строится на основе данных о современном органическом мире и его прошлом.

Эксперимент (опыт) – МИЖП в специально измененных человеком условиях.

Моделирование – имитирование процессов, недоступных для наблюдения или экспериментального воспроизведения.

Инструментальный – микроскопия, центрифугирование, радиолакация.

Методы изучения клетки:

Световая микроскопия (увеличение до 3000 раз)

Электронная микроскопия (увеличение в десятки и сотни тысяч раз)

Изучение фиксированных клеток:
-цитохимический метод (исследование химической организации клетки и процессов обмена веществ)
-метод авторадиографии (изучение биохимических процессов в динамике – введение в клетку радиоактивных изотопов)

Витальное (прижизненное) изучение клеток (изучение свободноживущих простейших организмов, клеток культуры тканей и клетки крови)

Метод культуры тканей (изучение клеток, способных к автономному росту)

Метод фракционирования клетки (дифференциальное ультрацентрифугирование)

Рентгеноструктурный анализ (изучение конфигурации молекул белка, нуклеиновых кислот.)

Микрохирургия (операции на клетке и органоидах)

Методы изучения человека:

Генеалогический

Близнецовый

Цитогенетический

Популяционно-статистический

Биохимический

Значение биологии:

Вот уже несколько десятилетий человечество является свидетелем бурного прогресса биологии. Именно от биологии ждут решения важных проблем, связанных с сохранением окружающей среды, обеспечением продовольствием, здоровьем людей.

Области применения биологических знаний:

селекция

агрономия и агротехника (биологические методы борьбы с вредителями)

медицинская генетика (ранняя диагностика, профилактика и лечение наследственных заболеваний)

генная и клеточная инженерия – методы промышленного получения БАВ (ген, отвечающий за выработку инсулина встроен в геном кишечной палочки, получение соматропина – гормона роста, вакцин и иммуногенных препаратов, замещение дефектных генов)

биотехнология (практическое использование достижений биологии в промышленных масштабах) бионика (принципы строения живых система используются в машиностроении, кораблестроении, создании уникальных механизмов и приборов)

охрана природы, экология, рациональное использование природных ресурсов

В современном органическом мире выделяют неклеточные и клеточные формы жизни.

Неклеточные формы: царство Вирусы (ДНК и РНК содержащие)

Клеточные формы: Прокариоты – царство Бактерии, Эукариоты – царства Р, Г и Ж