«БИОЛОГИЯ С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ Учебно-методический комплекс Для студентов, обучающихся по специальности 020101 Химия Горно-Алтайск РИО Горно-Алтайского госуниверситета 2009 Печатается по решению методического совета ...»

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра безопасности жизнедеятельности, анатомии и физиологии

Кафедра зоологии, экологии и генетики

БИОЛОГИЯ С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ

Учебно-методический комплекс

Для студентов, обучающихся по специальности 020101 «Химия»

Горно-Алтайск РИО Горно-Алтайского госуниверситета 2009 Печатается по решению методического совета Горно-Алтайского государственного университета УДК – ББК – С Биология с основами экологии: учебно-методический комплекс (для студентов, обучающихся по специальности 020101 «Химия») / Горно-Алтайск:

РИО ГАГУ, 2009. - 167 с.

Составители:

Симонова Ольга Ивановна, к.б.н., ст.преподаватель Долговых Сергей Викторович, к.б.н., доцент Рецензенты:

Айзман Р.И., д.б.н., профессор, зав кафедрой анатомии, физиологии и безопасности жизнедеятельности Новосибирского государственного педагогического университета Худякова Н.Е., к.б.н., ст. преподаватель кафедры зоологии, экологии и генетики ГОУВПО Горно-Алтайского госуниверситета В работе представлены учебно-методические материалы по дисциплине «Биология с основами экологии», в том числе рабочая программа, методические указания студентам, содержание и порядок проведения экзамена. Дисциплина «Биология с основами экологии» является дисциплиной федерального компонента для студентов 3 курса специальности 020101 «Химия».

© Симонова О.И., © Долговых С.В.,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биолого-химический факультет Кафедра безопасности жизнедеятельности, анатомии и физиологии Кафедра зоологии, экологии и генетики «СОГЛАСОВАНО» «УТВЕРЖДАЮ»

Декан БХФ В.Н. Алейникова Е.Е. Шваков « » 2009 г. « » 2009 г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Биология с основами экологии»

по специальности 020101 «Химия»

Составители:

к.б.н., ст.преподаватель Симонова О.И.

к.б.н., доцент Долговых С.В.

Зав. кафедрой безопасности жизнедеятельности, Зав. кафедрой зоологии,

ОГЛАВЛЕНИЕ

3.2 Требования к обязательному минимуму содержания дисциплины 3.6 Методические указания к выполнению лабораторных работ IV. Методические указания по самостоятельной работе студентов VI. Контрольно-измерительные материалы по модульно-рейтинговой системе оценки знаний 6.1 Оценка знаний студентов по модульно-рейтинговой системе при изучении курса

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий учебно-методический комплекс по курсу «Биология с основами экологии» составлен с учётом рекомендаций Научно-методического совета по биологии Учебно-Методического Объединения университетов. Его структура и содержание соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта по специальности «Химия», утверждённого приказом министерства образования РФ 10.02.2000 г. N 127 ЕН.

Учебно-методический комплекс включает в себя: квалификационную характеристику и компетенции выпускника-химика; рабочую программу дисциплины с технологической картой; курс лекций; методические указания к выполнению лабораторных работ, вопросы к коллоквиумам; глоссарий; рекомендуемую литературу (основную и дополнительную); методические указания по самостоятельной работе студентов; темы рефератов; контрольные вопросы, выносимые на экзамен; контрольно-измерительные материалы по модульнорейтинговой системе оценки знаний.

I. КВАЛИФИКАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПУСКНИКА

Дипломированный специалист по специальности 020101 - Химия подготовлен к работе в должностях, преимущественно:

• к профессиональной деятельности в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой (исследование состава, строения и свойств веществ и химических процессов, закономерностей протекания химических процессов, создание и разработка новых перспективных материалов и химических технологий, решение фундаментальных и прикладных задач в области химии и химической технологии);

•к работе в установленном порядке в образовательных учреждениях;

• к работе в соответствии с полученными за время обучения дополнительными квалификациями.

Объектами профессиональной деятельности дипломированного специалиста по специальности 020101 – «Химия» являются научно-исследовательские и производственные организации химического и смежного профиля, образовательные учреждения, сфера услуг, экономические и другие учреждения, требующие специалистов с высшим химическим образованием.

Дипломированный специалист может работать в должностях, предусмотренных законодательством Российской Федерации и ведомственными документами для специалистов с высшим профессиональным образованием с учетом направленности подготовки и стажа работы.

В области биологии с основами экологии специалист-химик формирует у себя целостное естественно-научное мировоззрение и биологическое мышление, осознание в условиях всё возрастающего антропогенного воздействия необходимость бережного отношения к природе, сохранение биологического разнообразия и жизни на Земле. Задача студентов заключается в усвоении базовых данных современной биологии и экологии, понимании их фундаментального значения и в использовании приобретённых знаний в практической работе.

Знания в области биологии с основами экологии помогут осуществлять деятельность в научно-исследовательских сферах, общеобразовательных и специальных учебных заведениях (в установленном порядке).

II. КОМПЕТЕНЦИИ ВЫПУСКНИКА

Профессиональные:

- уметь приобретать новые знания, используя современные информационные образовательные технологии;

- владеть навыками и методами исследований биологических объектов (приготовление объекта к исследованию, зарисовка, работа с литературой, таблицами, схемами);

- иметь представление о методах анализа и моделировании биологических и экологических процессов;

- понимать роль современной биологии и экологии в научно-техническом прогрессе и создании естественно-научной картины мира.

III. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

3.1 ОБЪЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курс «Биология с основами экологии» введён в программу подготовки специалистов небиологического профиля с целью формирования у студентов целостного биологического и экологического мировоззрения. Он позволяет получить базовые знания по биологии и экологии, необходимые химикам. Овладение основами биологии и экологии развивает способность самостоятельно осмысливать сложный материал современного естествознания.

Основное содержание курса включает в себя вопросы общебиологического и экологического характера. Глубокое знание закономерностей возникновения и развития живой природы необходимо для формирования научного, материалистического мировоззрения студентов-химиков, понимания места человека в системе природы, взаимосвязей между живыми организмами, между живой и неживой природой. Без учёта связей между биологическими системами, прогнозирования последствий нарушения этих связей не может быть разработано рациональное планирование крупномасштабных проектов. В курс включены материалы по следующим разделам: «Химия жизни», «Уровни организации живых систем», «Общие свойства живых систем», «Клетки и организмы», «Многообразие биологических видов», «Разнообразие жизни на Земле», «Индивидуальное и историческое развитие живых систем», «Эволюция органического мира», «Физиологические особенности организма человека», «Психические и соматические начала в человеке», «Химическое окружение человека», «Сообщество», «Геосфера. Биосфера», «Антропогенное воздействие на природу», «Экологические кризисные ситуации», «Эволюционное учение», «Экология особей, популяций, сообществ», «Рациональное природопользование и охрана окружающей среды».

Основная часть программы построена в соответствии с логической структурой курса «Биология с основами экологии».

Целью курса является формирование поэтапного усвоения биологии и экологии, что позволяет студентам систематизировать полученные знания и стимулирует их к самостоятельности в процессе познания.

1. Изучение основных разделов курса «Биология с основами экологии»

2. Формирование представлений о взаимоотношениях организма со средой обитания, структуре биосферы, её эволюции, глобальных проблемах и умение прогнозировать результаты деятельности человека с учётом прямых и косвенных последствий для биосферы 3. Экспериментальное изучение основных свойств живых организмов, нахождение сходства и отличий живой материи от неживой; взаимоотношение организмов между собой и с окружающей средой.

4. Изучение современных проблем общей биологии и экологии и понимание актуальности их для человека и общества.

«Биология с основами экологии» относится к циклу естественно-научных дисциплин федерального компонента. Курс тесно связан со всем комплексом биологических наук. Дисциплина проводится на 3 курсе, в течение 6 семестра.

Формой отчётности в 6 семестре является экзамен.

3.2 ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Требованием к обязательному минимуму содержания дисциплины является основная образовательная программа дипломированного специалиста. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности 020101 «Химия». Специальность утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации от 10.02.2000 г. N 127 ЕН.

Номер государственной регистрации ЕН.Ф.04.

Дидактические единицы дисциплины.

Живые системы; особенности биологического уровня организации материи; принципы воспроизведения и развития живых систем; законы генетики, их роль в эволюции; клетки, их размножение и специализация; разнообразие организмов, их классификация; гомеостаз и адаптация, регуляция и функциональные системы, связь с окружающей средой; физиология, экология и здоровье, биосоциальные особенности человека; биоэтика; надорганизменные системы;

экосистемы и биосфера, их структура, динамика, устойчивость; роль антропогенных воздействий; охрана природы и ее рациональное использование; перспективы развития биологии; биотехнология.

3.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА УЧЕБНОГО КУРСА

Факультет: Биолого-химический.

3.3.1 Технологическая карта учебного курса по кафедре безопасности жизнедеятельности, анатомии и физиологии.

Семестр: тия биологии. Общие свойства и функционирование живых систем.

Клетка, организм.

вых организмов. Разнообразие бактерий, грибов и растений. Вирусы.

Человек: психические и соматические начала. Антропогенез Форма итогового контроля: экзамен 3.3.2 Технологическая карта учебного курса по кафедре зоологии, экологии и генетики.

Эволюционное учение. Микроэволюция.

Макроэволюция. Разнообразие царства Животные.

бей (Среды жизни. Адаптация организмов к условиям среды. Основные экологические факторы.). Экология популяций (статистические и динамические показатели, стратегии выживания). Экология сообществ и экосистем (биоценоз, биогеоценоз, экосистема, типы связей между организмами, структура функционирования экосистем) гидросфера, педосфера). Биосфера (строение, свойства, функция). Круговорот веществ (типы: геологический, биологический, антропогенный). Ноосфера.

на окружающей среды (понятия, мотивы, принципы). Взаимоотношение природы и общества (история, проблемы современности)

3.4 СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО КУРСА

по кафедре безопасности жизнедеятельности, анатомии и физиологии Введение. Общие свойства и функционирование Биология – это наука, занимающаяся изучением жизни во всех её проявлениях, а также свойств живого вообще. Название её образуется из двух греческих слов: «биос» - жизнь и «логос» - знание, учение, наука. Частью биологии является экология – это наука о связях живых организмов с окружающей средой. Эти связи образуют единую и очень сложную систему, которую мы называем жизнью на Земле. Человечество тоже часть этой жизни. Название экология образовано сочетанием двух греческих слов: «ойкос»- дом, жилище, и «логос» - знание, учение, наука.

Предмет и задачи биологии. Классификация биологических наук. Этапы развития биологии. Первые биологические сведения. Развитие биологии в античном мире (Ионийская, Афинская, Александрийская, Римская школы). Развитие биологии в средние века. Роль К.Линнея, Ч.Дарвина. Новейшая история биологии. Открытия ХХ века. Современное состояние. Методы исследования:

описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный. Применение биологических знаний. Значение биологии для решения задач селекции, медицины, биотехнологии, экологии.

Свойства живой материи. Уровни организации живого. Аксиомы теоретической биологии. Гипотезы происхождения жизни (креоционизм, стационарного состояния, панспермии, абиогенеза). Свойства живой материи. Химический состав живых организмов – атомный и молекулярный состав. Органические и неорганические вещества их структура и функции. Основные положения клеточной теории. Типы клеточной организации (прокариоты и эукариоты). Типы питания живых организмов. Понятие о метаболизме. Энергетический и пластический обмены. Фотосинтез. Хемосинтез. Использование энергии в клетках.

Метаболизм на уровне организмов. Клеточный цикл. Размножение организмов половое и бесполое. Половые клетки. Оплодотворение (наружное и внутреннее). Типы онтогенеза. Эмбриональное и постэмбриональное развитие.

Генотип и фенотип. Селекция (отбор, гибридизация, полиплоидия, мутагенез).

Биотехнологии – микробиологический синтез, клеточная и генная инженерия.

Ткани животных и растений. Эволюция клеток и тканей.

История систематики. Основы систематики. Методы систематики. Основные и промежуточные систематические категории. Принципы современной классификации и правила номенклатуры. Вирусы и их строение. Репродукция вирусов. Типы вирусных инфекций. Вирусы растений, животных и бактерий.

Защитная реакция организма на вирус. Прокариоты. Строение клетки прокариот. Геном бактерий. Обмен веществ у прокариот. Размножение прокариот. Характеристика основных классов прокариот. Экология прокариот. Роль прокариот в эволюции. Роль прокариот в биосфере. Эукариоты и их сравнительная характеристика Царство грибы особенности их строения и размножение. Царство растения разнообразие, строение и способы размножения.

Человек: психические и соматические начала.

Антропогенез и его основные этапы. Начальные этапы происхождения человека. Древние и современные люди. Расы современного человека. Расизм и социальный дарвинизм.

Морфофизиологические особенности человека. Системы организма. Генетика человека. Методы изучения генетики человека. Медико-генетическое консультирование. Евгеника. Программа «геном человека». Высшая нервная деятельность и психика. Безусловные и условные рефлексы. Психика и психические явления. Сознание. Темперамент. Биоритмы человека. Скрытые возможности человеческого организма. Работоспособность и способы её повышения.

Экология человека: факторы риска. Экологические связи человека. Основные биологические потребности человека. Человек как биосоциальный вид. Особенности пищевых и информационных связей. Экологическая демография. Социально-экологические особенности демографии человечества. Рост численности человечества. Демографические перспективы. Экология и здоровье. Здоровье и болезнь человека. Патологическое потомство. Критические периоды жизни человека. Индивидуальная гиперчувствительность человека. Химические загрязнения среды и здоровье человека. Влияние ксенобиотиков на организм человека. Биологические загрязнения и болезни человека. Влияние звуков на человека. Физические факторы среды и самочувствие. Питание и здоровье человека. Ландшафт как фактор здоровья. Проблемы адаптации человека к окружающей среде.

Эволюционное учение. Микроэволюция. Макроэволюция. Разнообразие Факторами эволюции по Ч. Дарвину: наследственность, изменчивость, борьба за существование, естественный отбор. Синтетическая теория эволюции. Возникновение приспособлений.

Микроэволюция. Вид и популяции. Критерии вида. Генетика популяций.

Элементарные факторы эволюции: мутационный процесс, популяционные волны, в частности дрейф генов, изоляция (пространственная, биологическая), естественный отбор (формы: стабилизирующий, движущий и разрывающий). Аллопатрическое (географическое) и симпатрическое видообразование.

Макроэволюция. Дивергенция. Конвергенция. Главные направления эволюции (биологический прогресс и биологический регресс) и главные пути эволюции (ароморфозы, идиоадаптации и дегенерации).

Царство Животные - отличительные признаки.

Подцарство Одноклеточные типы: Саркомастигофора (классы Саркодовые и Жгутиконосцы), Инфузории (класс Ресничные инфузории), Апикомплекса (класс Споровики).

Подцарство Многоклеточные типы: Кишечнополостные (классы Гидроидные, Сцифоидные и Коралловые полипы), Плоские черви (классы Сосальщики, Ленточные черви. Ресничные черви). Круглые черви (класс Собственно круглые черви, или Нематоды), Кольчатые черви (классы Малощетинковые, Многощетинковые и Пиявки), Моллюски (классы Брюхоногие, Двустворчатые, Головоногие), Членистоногие (классы Ракообразные, Паукообразные и Насекомые), Хордовые. Тип Хордовые подтипы: Бесчерепные (класс Ланцетники), Позвоночные (классы Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные (Амфибии), Пресмыкающиеся (Рептилии), Птицы, Млекопитающие).

Экология - предмет, задачи. Экология особей. Экология популяций. Экология сообществ и экосистем Биоэкология (предмет, разделы, задачи). Глобальная экология (предмет, задачи).

Экология особей. Характеристика сред жизни: водная, наземно-воздушая, почвенная и организменная. Характеристика экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные. Адаптации организмов к условиям среды пути: активный, пассивный и избегание неблагоприятных воздействий;

типы: морфологические, физиологические и этологические. Законы действия экологических факторов: зона оптимума, зона пессимума, пределы выносливости организма. Экологическая валентность. Экологический спектр вида. Закономерности действия экологических факторов: закон относительности действия экологического фактора; закон относительной заменяемости и абсолютной незаменимости экологических факторов. Основные экологические факторы: свет, температура, вода, эдафические (почвенно-грунтовые). Биологические ритмы:

экзогенные и эндогенные.

Экология популяций. Популяция. Ареал: сплошной, разорванный. Статические показатели популяции: численность, плотность, структуры (половая:

первичная, вторичная третичная; возрастная: абсолютная, относительная, основные возрастные группы; пространственно-этологическая: типы распределения - равномерное (регулярное), неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) и случайное (диффузное), типы использования пространства:

оседлые и кочевые, форма совместного существования: одиночный, семейный, колониями, стаями, стадами). Динамические показатели популяции: рождаемость, смертность, модели роста популяции: J-образная и S-образная. Экологические стратегии выживания популяций: г-стратеги (г-виды, г-популяции), Кстратеги (К-виды, К-популяции). Гомеостаз популяции.

Экология сообществ и экосистем. Понятие о биоценозе, биогеоценозе, экосистеме. Типы связей между видами: трофические, топические, форические, фабрические. Типы отношений между организмами: нейтрализм, протокооперацию, мутуализм, комменсализм, хищничество, паразитизм, конкуренцию, аменсализм. Структура биоценоза: видовая, пространственная и экологическая.

Функциональные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.

Пищевые цепи и сети: цепи выедания и цепи разложения. Поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. Экологических пирамид: пирамида чисел, пирамида биомасс, пирамида энергии (продукции). Биологическая продуктивность экосистем: первичная продукция, вторичная продукция. Динамика экосистем:

циклические и поступательные изменения, природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные сукцессии. Природные экосистемы (биомы): наземные, пресноводные, морские. Антропогенные экосистемы: агроэкосистемы и урбосистемы.

Геосферы Земли. Круговорот веществ. Ноосфера Характеристика планеты Земля. Характеристика сфер Земли: литосфера, педосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера, ноосфера. Строение, границы, вещество, свойства биосферы. Функция живого вещества. Круговорот вещества в биосфере (геологический, биологический, антропогенный). Круговорот основных биогенных веществ и элементов (воды, углерода, кислорода, азота, фосфора, серы). Ноосфера – как стадия эволюции биосферы.

Рациональное природопользование и охрана окружающей среды.

Рациональное природопользование: принципы. Нерациональное природопользование. Охрана окружающей природной среды. Мотивы рационального природопользования и охраны природы. Природная среда: природные ресурсы и природные условия. Классификация природных ресурсов. Воздействие человека на природу и природы на человека. Экологический кризис и экологическая катастрофа. История взаимоотношений общества и природы. Важнейшие экологические проблемы современности. Глобальные прогностические модели.

Мероприятия по охране окружающей среды и рационализации природопользования (малоотходные и безотходные технологии, нормирование качества окружающей среды, особо охраняемые природные территории, мониторинг окружающей среды, экологическая экспертиза). Международное сотрудничество в области природопользования и охраны окружающей среды.

3.5 КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

по кафедре безопасности жизнедеятельности, анатомии и физиологии Лекция 1. Биология с основами экологии.

1. Предмет биологии. Классификация биологических наук. Значение биологии для селекции, медицины, биотехнологии, экологии.

2. История развития науки биологии (развитие в античном мире: Ионийская школа, афинская школа, Александрийская, Римская). Развитие биологии в средние века. Новейшая история биологии.

3. Методы исследования: описательный, сравнительный, исторический, экспериментальный. Применение биологических знаний.

1. Предмет биологии. Классификация биологических наук. Значение биологии для селекции, медицины, биотехнологии, экологии.

Биология – это наука, занимающаяся изучением жизни во всех её проявлениях, а также свойств живого вообще. Название её образуется из двух греческих слов: «биос» - жизнь и «логос» - знание, учение, наука.

Мир бактерий и вирусов изучает микробиология, строение и жизнедеятельность растений служит предметом ботаники, сведения о животных систематизирует зоология, грибы изучает микология, а человека – антропология.

В частной микробиологии, частной ботанике, частной зоологии и частной микологии исследуются особенности строения и жизнедеятельности каждого отдельного вида. В общих разделах этих дисциплин изучают свойства, присущие всем организмам данной формы живого. Главные направления этих наук:

морфология – учение о внешнем строении, структуре объектов живой природы, Физиология – учение о функциях живых организмов, анатомия – наука о внутреннем строении существ. К классическим наукам биологического цикла также можно отнести систематику (систематика растений, систематика животных, и.т.д.), экологию, Палеонтологию (палеоботаника, палеозоология).

В самых разных областях биологии всё большее значение приобретают пограничные дисциплины, связывающие биологию с другими науками. Так возникли – биофизика, биохимия, биокибернетика, бионика, радиобиология и др. Без знания физики невозможно понять работу нервной системы, без знания химии – разобраться во внутриклеточных процессах, широкое внедрение математики вызвало рождение биометрии, позволило выявить статистические закономерности биологических явлений.

Биология относится к фундаментальным наукам, т.к. её выводы имеют основополагающее теоретическое и практическое значение. Предметы биологического цикла теоретическая основа для целого ряда специальных дисциплин, таких как медицина, агрономия, ветеринария, зоотехния, звероводство, рыбоводство, птицеводство, лесоводство и.т.д. Это значит, что здравоохранение сельское хозяйство, промышленность – базируются на тех знаниях и достижениях которыми характеризуется современный уровень биологии.

Благодаря достижениям биологии всё большее значение приобретает биотехнология – новое направление материального производства. Достижения биотехнологии позволяют получать промышленным путём необходимые для человека вещества (антибиотики, витамины, гормоны и т.д.) Таким образом, биология – комплексная наука, сформировавшаяся в результате дифференциации и интеграции разных научных дисциплин. Интеграция наук помогает в решении самых сложных, синтетических по своей природе проблем.

Исследование живого мира всегда было одной из важных сторон деятельности человека. Сначала от этого зависела его жизнь. Людям необходимо было знать, какие из населяющих Землю миллионов живых организмов можно использовать в пищу, для изготовления одежды, в качестве лекарственных средств и для устройства жилья, а какие опасны и ядовиты. Позднее человек стал заниматься наукой с познавательной целью. Люди стали изучать организмы более тщательно, собирали их. Классифицировали составляли списки растений, и животных, населяющих разные места. В этот период изучение живых существ обычно называли естественной историей не считая её наукой. Однако естественная история послужила предшественницей биологии, представляющей собой настоящую науку (как самостоятельная наука биология оформилась в XIX веке в связи с осознанием качественной специфики её объекта жизни).

2. История развития науки биологии (развитие в античном мире: Ионийская школа, афинская школа, Александрийская, Римская). Развитие биологии в средние века. Новейшая история биологии.

В XIV в. до н. э. многие клинописные таблички, созданные в Месопотамии, содержали сведения о животных и растениях, систематизации животных (плотоядные, травоядные). Растения на деревья, овощи, лекарственные травы и др. В медицинских сочинениях, созданных в VI – I вв. до н.э. В Индии, содержатся представления о наследственности, как причине сходства родителей и детей, а в памятниках «Махабхарата» и «Рамаяна» дано довольно подробное описание ряда особенностей жизни многих животных и растений.

В период рабовладельческого строя возникают ионийская, афинская, александрийская и римская школы в изучении животных и растений.

Ионийская школа возникла в Ионии (VII - IV вв. до н.э.). Не веря в сверхъестественное происхождение жизни, философы этой школы признавали причинность явлений, движение жизни по определённому пути. «Естественный закон», по их мнению, управляет миром.

В частности Алкмеон (конец VI – началоV в. до н.э.) описал зрительный нерв и развитие куриного эмбриона, признавал мозг в качестве центра ощущений и мышления, а Гиппократ (460-377 гг. до н.э.) дал первое описание строения человека и животных, указал на роль среды и наследственности в возникновении болезней.

Афинская школа сложилась в Афинах. Наиболее выдающийся представитель этой школы Аристотель (384-322 гг. до н.э.) создал 4 биологических трактата, в которых содержались разносторонние сведения о животных. Аристотель подразделял окружающий мир на 4 царства ( неодушевлённый мир земли, воды и воздуха, мир растений, мир животных и мир человека), между которыми устанавливалась последовательность. В дальнейшем эта последовательность превратилась в «лестницу существ»(XVIII в.). Аристотелю принадлежит вероятно, и самая первая классификация животных: четвероногие, летающие, пернатые и рыбы. Китообразных он объединил с сухопутными животными, но не с рыбами, которых он классифицировал на костных и хрящевых.

Аристотелю были известны основные признаки млекопитающих. Он дал описание наружных и внутренних органов человека, половых различий у животных, способа размножения и образа жизни животных, происхождения пола, наследования отдельных признаков, уродств, многоплодия и т.д. Он является основоположником зоологии.

Другой представитель Афинской школы Теофраст (372-287гг. до н. э.) оставил сведения о строении и размножении многих растений, о различиях между однодольными и двудольными растениями, ввёл в употребление термин – плод, околоплодник, сердцевина. Его считают основоположником ботаники.

Александрийская школа вошла в историю благодаря учёным занимавшимся анатомией. Герофил (300 г. до н. э.) оставил сведения по сравнительной анатомии человека и животных, указал на различия между артериями и венами, а Эразистрат (250 г. до н. э.) описал полушария головного мозга, мозжечок, извилины головного мозга.

Римская школа не дала самостоятельных разработок в изучении живых организмов, ограничившись сведениями полученными от греков.

Гай Плиний старший (23-79) создал энциклопедию «Естественная история» из 37 томов, в которой содержались также сведения о животных и растениях.

Диоскорид (1 в. н.э.) оставил описание 600 видов растений и лекарственных растений.

Клавдий Гален (130-200) широко проводил вскрытия млекопитающих (крупный и мелкий рогатый скот, свиньи, собаки, медведи и др.). Первым дал сравнительно – анатомическое описание человека и обезьян.

В средние века господствующей идеологией была религия. Новых знаний почти не получали. Знания, добытые греками, были отражены в энциклопедии Альберта Великого (1206–1280).

На Руси сведения о животных и растениях были обобщены в произведении «Поучение Владимира Мономаха» (XI в.).

Авиценна (980-1037) учёный Европы развивал взгляды о вечности и несотворённости мира, признавал причинные закономерности в природе. Биология в этот период ещё не выделилась в самостоятельную науку.

Начала биологии связано с эпохой Возрождения. Крушение феодального строя и диктатуры церкви.

Леонардо да Винчи (1452-1519) открыл гомологию органов, охарактеризовал многие растения, описал поведение птиц в полёте, открыл щитовидную железу, описал способ соединения костей суставами, деятельность сердца и зрительную функцию глаза, отметил сходство костей человека и животных.

Андреас Везалий (1514–1564) создал анатомический труд «Семь книг о строении человеческого тела» - основы анатомии.

Гарвей (1578–1657) открыл кровообращение.

Борелли (1608–1679) описал механизмы движения животных – основы физиологии. Анатомия и физиология развивались в то время совместно и лишь позднее разделились.

В XVI–XVII стремительно развивается ботаника с изобретением микроскопа начало XVII возникла микроскопическая анатомия растений и закладываются основы физиологии растений. С XVI в. стала быстро развиваться зоология.

300 лет назад в Голландии жил Антонио Левенгук. Он изготовил сотни луп, они были небольшого размера и увеличивали в 100 и даже 300 раз. Изобрёл микроскоп. Левенгук не получивший образование стал академиком, т.е.

был избран членом Королевского общества.

Роберт Гук англичанин первый открыл клеточное строение растений.

Большое влияние на развитие зоологии оказала систематика животных, созданная К. Линнеем (1707-1778). Он ввёл четырёхчленные таксономические подразделения (класс – отряд - род - вид).

Значительное влияние на биологию оказали немецкий учёный Лейбниц (XVII-XVIII) и швейцарский учёный Ш. Бонне. Они разработали учение о «лестнице существ».

1802 г. Ж.Б. Ламарк Франция предложил термин «биология». В книге «Философия зоологии» дал представление о взаимодействии в системе организм – среда.

В XVIII-XI-X в. Трудами Вольфа, Бэра и др. закладываются основы эмбриологии.

В 1839 г. Шванн и Шлейден формулируют клеточную теорию В 1859 г. Ч. Дарвин публикует «Происхождение видов». В этом труде была сформулирована теория эволюции.

В первой половине 19 в. возникает бактериология, которая благодаря трудам Пастера, Коха, Листера, Мечникова перерастает в микробиологию. К концу 19 в. в самостоятельную науку оформляются паразитология и экология.

В 1865 г. была опубликована работа Г. Менделя «Опыт над растительными гибридами» в которой было обосновано существование генов и сформулированы законы наследственности. В 20 в. формируется наука - генетика.

Морган Томас выдвинул основные положения хромосомной теории.

В 20 в. сформировались биохимия и биофизика.

В 1944 году была открыта генетическая роль ДНК, в 1953 выяснена её структура, а в 1966 расшифрован генетический код.

12 апреля 1961 года полёт первого человека в космос и также это день космической биологии.

Новейший этап в биологии это создание методологии генной инженерии, которая подняла на новый уровень биотехнологию.

3. Методы исследования: описательный, сравнительный, исторический, экспериментальный. Применение биологических знаний.

Биологическая наука – это сфера человеческой деятельности, феномен культуры. Признаки науки: объект и предмет исследований, методы, научный язык, теории, законы, понятия, учебные и исследовательские институты и т.д.

Метод – от греч. methodos – путь, способ познания) – способ практического и теоретического действия, направленного на овладение объектом.

Для биологической науки характерны следующие методы исследования:

наблюдение, описание, сравнение, эксперимент, исторический, моделирования.

Метод наблюдения - преднамеренное, целенаправленное восприятие объектов и процессов с целью осознания его существенных свойств.

Описательный метод- сбор и описание фактов.

Сравнительный метод - сопоставление организмов и их частей, нахождение черт сходства и отличий.

Экспериментальный метод - целенаправленное изучение явлений в точно установленных условиях, позволяющее воспроизводить и наблюдать эти явления.

Исторический метод - выяснение закономерностей появления и развития организмов.

Метод моделирования - изучение процесса или явления через воспроизведение его в виде модели. Метод моделирования позволяет воспроизвести такие экспериментальные условия, которые в реальности воссоздать порой не представляется возможным. Модель — форма и средство познания, любая система (воображаемая или реально существующая), отражающая оригинал, заменяющая его и дающая информацию о нем.

Лекция 2. Общие свойства и функционирование живых систем.

1. Гипотезы происхождения жизни (Креационизм, стационарное состояние, панспермии, абиогенеза).

2. Уровни организации живого.

3. Свойства живой материи.

4. Химический состав живых организмов – атомный (макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы) и молекулярный состав неорганических веществ (вода и минеральные соли и их функции) и органические вещества (углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты – их структуры и функции).

Эволюция протекает на всех уровнях организации живой материи.

В разные эпохи проблемы происхождения жизни и живого решались по разному. С древности на Земле существую две точки зрения. Одна утверждает о способности происхождения живого из неживого – теория абиогенеза, другая – теория биогенеза – отрицает самопроизвольное зарождение жизни.

Теория абиогенеза живые организмы возникают спонтанно из неживого материала.

Эмпедокл 490–430 г. до н.э., считал, что первые живые существа возникли из четырёх элементов мировой материи (огонь, воздух, вода, и земля).

Демокрит (460–370 г. до н.э.) мельчайшие частицы находящиеся в движении, и жизнь есть результат действия механических сил самой природы, приводящей к самозарождению. Из ила и воды, земли когда мельчайшие частицы встречаются с атомами огня зарождается жизнь.

Платон (427-347 г. до н.э.) утверждал, что организмы возникают из росы, ила, навоза, волос, пота, мяса, рыбы из морской тины.

Аристотель считал, что животные образуются из разложившегося мяса.

Растения и животные возникают из неживого материала. Создал Лестницу существ, отражающую последовательность организмов. Начиналась она с неорганических тел и заканчивалась морскими организмами. Аристотель не признавал развития от низших организмов к высшим.

Случаи самозарождения описаны Цицероном, Сенекой, Плинием, Плутархом. Христианство обосновывает теорию абиогенеза примером из Библии.

Знаменитый врач Парацельс (1498–1541 г.) приводит пример изготовления гомункулуса (человека) путём помещения спермы человека в тыкву.

В период средневековья господствовал креационизм. Теория сотворения мира творцом. Лестница тел природа по мнению учёных поддерживающих данное направление выглядит так: Бог – ангел – человек – животные, растения, мицеллы. Доктрина самозарождения не подвергалась сомнению до середины 17– 18 веков. Жизнь - это результат мудрости творца.

Л. Спаланциани считал невозможным самозарождение микроорганизмов.

В 1861-1862 г. Л. Пастер представил доказательства невозможности самозарождения в растворах и настоях. Доказал, что источником загрязнений растворов являются бактерии. Пастер заполнил баллон питательной средой, а шейке колбы придал S образную форму. Кипячением из баллона выгонялся воздух, который при остывании жидкости возвращался обратно. Микроорганизмы из воздуха при этом оседали на изгибе шейки и жидкость в баллоне оставалась стерильной неопределённо долго. Стоило только отрезать шейку колбы, как через несколько дней в жидкости появлялись бактерии. Появления их можно было также добиться, наклоняя баллон и смывая микроорганизмы осевшие в трубке. Принцип «всё живое из живого» по праву считается справедливым и не знающим ни одного исключения.

Опровержение доктрины абиогенеза сопровождалось формированием представлений о вечной жизни. Если самозарождение не возможно, то тогда жизнь вечна и рассеяна во вселенной. Как же она попала на Землю? Чтобы ответить на этот вопрос шведский учёный Аррениус (1859–1927) сформулировал гипотезу панспермии.

Жизнь переносится с одной планеты на другую под давлением световых лучей. Сторонники утверждали, что жизнь могла переноситься метеоритами.

Однако гипотеза панспермии вызывала возражения, в том плане, что в космическом пространстве факторы губительные для микроорганизмов. Становится понятным, что источник жизни нужно искать на Земле.

В 17–18 в. возник вопрос изменяемости видов. Бэкон, Бюффон, и др. допускали изменение организмов под влиянием климата и почвы. К. Линней допускал изменяемость видов по влиянием почвы и климата, скрещивания организмов разных видов меду собой.

В то время большое значение имел вопрос о «Естественном родстве организмов». О допущении, что отдельные организмы могли произойти от общих родоначальников. Бюффон считал, что для млекопитающих было 38 общих родоначальников. Возник вопрос: за какое время шёл процесс образования жизни на Земле. Ломоносов писал, что время, которое было необходимо для создания организмов, является большим церковного исчисления.

Существенное внимание привлекал вопрос о прототипе и единстве плана строения организмов.

Гипотеза трансформизма поддерживалась французскими натуралистами, в частности Б.де. Маис (1696–1738). Он считал, что в море живут вечные семена жизни, которые дают начало морским живым формам, трансформирующимся затем в земные организмы. Отмечая позитивную роль трансформизма в эволюционизме, следует всё же отметить, что он был механическим и исключал мысль о развитии, об историзме.

Центром внимания был вопрос о возникновении органической целесообразности. Многие философы и натуралисты признавали, что целесообразность не изначальна, что она возникла естественным путём в результате браковки дисгармонических организмов. Обсуждение этого вопроса подвигло эволюционизм, но не дало существенного результата, т.к. появление одной формы рассматривалось независимо от появления другой.

Ж.Б. Ламарк (1744–1829) первый учёный изучал проблемы эволюции и считал, что первопричиной материи и движения является Творец, но дальнейшее развитие происходит благодаря естественным причинам. По Ламарку Творец создал лишь простейшие формы, которые развивались и дали начало всему многообразию живого. Считал, что живое возникло из неживого и самозарождение, по его мнению, естественный процесс являющийся начальным пунктом эволюции. Развитие от простейших форм до самых сложных составляет главное содержание истории всего органического мира. Главными причинами развития жизни по Ламарку является врождённое стремление организмов к усложнению через совершенствование. Эволюция идёт на основе внутреннего стремления к прогрессу. Использование (упражнение) органа сопровождается его дальнейшим развитием, не использование – к деградации. Это наследуется и ведут к переходу одного вида в другой.

Творцом первой научной теории эволюции стал великий учёный Ч. Дарвин (1809–1882). Главным трудом является книга «Происхождение видов путём естественного отбора или сохранения благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Движущими силами эволюции Дарвин считал наследственность, изменчивость и естественный отбор. Классический дарвинизм это учение о макроэволюции. Однако оно оказалось недостаточно разработанным в генетическом плане.

Современные предпосылки возникновения жизни базируются на гипотезе абиогенного возникновения жизни предложенной Опариным.

Существуют космические и планетарные предпосылки возникновения жизни на Земле: планета Земля крупная и удерживает атмосферу, расстояние от планеты до солнца оптимально и обеспечивает жидкое состояние воды, а орбита приближается к круговой, скорость вращения Земли вокруг своей оси высока для обеспечения равномерного прогрева всей поверхности, солнце постоянно излучает свет.

Первичная атмосфера Земли и химические предпосылки возникновения жизни. Первичную атмосферу составляли органические вещества со связями углерод – водород, Углерод – азот, азот – водород, кислород – водород. Так же имелись метан, вода, водород, углерод, аммиак, окись углерода. Восстановленный характер атмосферы принято считать химической предпосылкой возникновения жизни.

Условия среды на древней Земле. Атмосфера была бескислородной.

В 1953 г. Г.К. Кюри и Л.С. Миллер подвергли смесь метана, аммиака и воды действию электрических разрядов. Получили аминокислоты. Также позднее были получены пурины, нитриты, альдегиды, нуклеотиды и др.

Теория происхождения протобионтов. Коацерватная теория. Опарин считал, что переход от химической эволюции к биологической требовал возникновения фазовообособленных систем, способных получать энергию из вне и расти. Отдельные молекулы окружённые оболочкой могут сливаться образуя многомолекулярные комплексы – коацерваты. Капли отделены от среды границей, но способны поглощать вещества по типу открытых систем. На данном этапе действует отбор капли расти быстро, другие подвергаются распаду. В последующем возникли эукариоты. Крупные амебовидно - подобные клетки поедали дышащие кислородом аэробные бактерии, способные функционировать и внутри клетки – хозяина производя энергию. Те амебовидные клетки внутри которых бактерии оставались невредимыми были в более выгодном положении. В дальнейшем бактерии симбионты превратились в митохондрии. (в дальнейшем это растения если с цианобактериями). Когда к клетке - хозяину прикреплялись жгутикоподобные бактерии появились жгутики и реснички у клетки - хозяина. В результате подвижность и способность найти пищу резко возросла (в дальнейшем это животные).

Живое вещество – это то, что образует совокупность тел всех живых организмов независимо от их принадлежности к той или иной систематической группе.

Общая масса в сухом виде живого вещества на планете Земля составляет 2,4 – 3,6 * 1012 тонн. Живое вещество не отделимо от биосферы и является одной из самых могущественных геологических сил на Земле. Оно представляет собой неразрывное единство и уничтожение отдельных компонентов живого вещества может привести к экологической катастрофе.

Живое вещество обладает общими признаками.

1. Система состоящая из живого вещества способна к росту.

2. Живое вещество является носителем и передатчиком информации.

3. Живое вещество в процессе своей жизни способно к развитию, которое делиться на два периода – эмбриональное и постэмбриональное.

4. Размножение.

5. Направленный обмен веществ.

Живое вещество на Земле состоит из нескольких царств: Прокариоты, Животные, Растения, Грибы.

Живое вещество имеет разные уровни организации.

1. Молекулярно-генный (суборганизменный) – особая форма организации живого присущая всем организмам, представляющая собой совокупность органических и неорганических веществ, связанных между собой определённой структурой и системой биохимических процессов, позволяющих сохранять данную совокупность соединений как целостную систему, способную к росту, развитию, самосохранению, и размножению в течение всего времени существования этого организма до смерти.

2. Надмолекулярный (субклеточный) – молекулы различных веществ, образуют органоиды клетки, каждый органоид имеет определённое строение и выполняет свои функции.

3. Клеточный - все живое (кроме неклеточных форм жизни) образовано особыми структурами - клетками, которые имеют строго определенное строение, присущее как организмам из царства Растения, так и организмам из царств Животные и Грибы; некоторые организмы состоят из одной клетки, поэтому такие организмы при клеточном уровне соответствуют и новому уровню организации - организменному (см. пятый уровень организации).

4. Тканевый - характерен для сложных многоклеточных организмов, у которых произошла специализация клеток по выполняемым функциям, что привело к образованию тканей - совокупности клеток, имеющих одинаковое происхождение, близкое строение и выполняющих одинаковые или близкие по характеру функции; различают растительные и животные ткани; так, у растений выделяют покровные, основные, механические, проводящие ткани и меристемы (ткани роста); у животных - покровные, нервные, мышечные и соединительные ткани.

5. Органный - у высокоорганизованных организмов ткани образуют структуры, предназначенные для выполнения определенных функций, которые называются органами, а органы объединяются в системы органов (например, желудок входит в состав пищеварительной системы).

6. Организменный - системы органов объединены в единое целое - организм, при функционировании которого реализуется жизнедеятельность конкретного живого существа; известно, что в природе существует большое число одноклеточных организмов (см. второй уровень организации живого вещества).

7. Популяционно-видовой - особи одного вида образуют особые группировки, живущие на данной конкретной территории и занимающие определенную экологическую нишу, которые называются популяциями, а популяции одинаковых организмов образуют подвиды и виды.

8. Биоценотический – биоценоз совокупность популяций разных видов, обитающих на одной территории и взаимодействующих друг с другом.

9. Биогеоценотический - этот уровень организации живого вещества связан с тем, что на данной территории проживает определенное количество популяций различных видов (как животных, так и растений, грибов, прокариотов и неклеточных форм жизни), которые взаимосвязаны друг с другом различными связями, в том числе и пищевыми.

10. Биосферный - это высший уровень организации живого на планете Земля, представляющий собой всю совокупность живых существ, живущих на ней, которые взаимосвязаны друг с другом планетарным круговоротом химических элементов и химических соединений; нарушение этого круговорота может привести к глобальной катастрофе и даже к гибели всего живого.

Следовательно, 1-5 уровни организации характерны для отдельно взятого организма, а 6-8 - для совокупности организмов. Необходимо помнить, что человек - это составная часть живого вещества на планете Земля, но его деятельность из-за наличия разума значительно отличается от деятельности других организмов, и, тем не менее, он составная часть природы, а не ее «царь».

1.Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой. Смысл биотических круговоротов заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма и непрерывность его функционирования в меняющихся условиях.

2.Самовоспроизведение – способность живых систем воспроизводить себе подобных. Это свойство осуществляется на всех уровнях организации живого:

А) редупликация ДНК – на молекулярном уровне;

Б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий на субклеточном уровне;

В) деление клетки путём митоза – на клеточном уровне;

Г) поддержание постоянства клеточного состава за счёт размножения отдельных клеток - на тканевом уровне.

Д) на организменном уровне бесполое или половое размножение.

3. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки потомству. Признак – особенность строения на различных уровнях организации живой материи, а под свойствами понимают функциональные особенности в основе которых лежат конкретные структуры.

4. Изменчивость – способность организмов приобретать новые признаки и свойства; в основе лежа изменения ДНК.

5. Рост и развитие – под развитием живой природы понимают необратимое изменение объектов живой природы, которое сопровождается приобретением адаптаций, возникновением новых видов и вымиранием прежде существующих форм. Развитие представлено онтогенезом – индивидуальным развитием и филогенезом – историческим развитием. Развитие сопровождается ростом – увеличением массы организма за счёт репродукции структур на всех уровнях организации внутри организма.

6. Раздражимость – Способность живых организмов избирательно реагировать на внешние воздействия. Реакция многоклеточных организмов на раздражение осуществляющееся через посредство нервной системы – рефлекс.

У других организмов реакция на раздражение осуществляется в разных формах:

А) таксисы – это направленные движения организма в сторону раздражителя (+) таксис или от него (-) таксис. Фитотаксис – это движение, направленное к свету. Различают так же хемотаксис, термотаксис и др.

Б) тропизмы – направленный рост частей растительного организма по отношению к раздражителю напр. к Солнцу против силы тяжести.

В) настии – движения частей растения по отношению к раздражителю (закрытие и раскрытие частей цветка).

7. Дискретность (деление на части). Организмы состоят из обособленных, но тесно связанных частей образующих структурно – функциональное единство. Клетки состоят из органоидов. Это свойство позволяет осуществить замену частей с сохранением целостности организма.

8. Авторегуляция – способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окр. среды сохранять гомеостаз за счё нервной, иммунной и других систем.

9. Ритмичность – периодические изменения интенсивности физиологических функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний.

10. Энергозависимость. Живые тела представляют собой открытые для поступления энергии системы. Они существуют только при условии поступления энергии и материи в виде пищи из окружающей среды.

4. Химический состав живых организмов – атомный (макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы) и молекулярный состав неорганических веществ и органические вещества.

Одним из свойств живой материи является единство химического состава.

В составе клетки обнаружено почти 90 из существующих на Земле химических элементов. Однако их роль различна. Наиболее часто в больших количествах встречаются 12 элементов. О – 65 – 75%, С – 15 – 18%, Н -8 -10%, N – 1,5 – 3,0;

Ca – 0,4 – 2; P – 0,2 – 1,0; K – 0,15 – 0,4; S – 0,15 -0,2; Na –Mg – 0,02 – 0,03, Cl – 0,05 – 0,1; Fe – 0,01 – 0,015%. Очевидно, что кислород, углерод, водород и азот в сумме составляют более 90% сухого вещества в клетке. Все эти элементы имеют небольшую атомную массу. Особая роль в образовании сложных органических молекул принадлежит углероду. Ему для образования прочных связей с остальными ему необходимо небольшое число электронов – от 1 до 4.

По Вернадскому все элементы по процентному содержанию их в организме делят на три группы: макро -, микро – и ультрамикроэлементы. Макроэлементы - это все ранее представленные, микроэлементы это медь, кобальт, цинк, молибден, марганец, бор, бром и др. Ультрамикроэлементы серебро, ртуть, бериллий, селен и др.

Достаточно лишь 30 первичных органически молекул для возникновения живых организмов и их эволюции: 20 аминокислот, 5 азотистых оснований, углеводы – рибоза и дезоксирибоза, глицерин и жирная кислота.

Вода, как правило, составляет 60–90% сырой массы клеток. Вода выполняет следующие функции:

2. среда для протекания реакций;

активный метаболит, принимает участие в биохимических реакциях, подвергаясь расщеплению или синтезируясь вновь;

терморегулятор, поддерживающий тепловое равновесие организма;

6. определяет осмотические свойства клеток;

7. вода – источник кислорода, выделяющегося при фотосинтезе.

Минеральные вещества. Составляют 1,5% от массы клетки. По большей части это ионы, реже соли или кислоты. Наиболее важны ионы: водород, калий, кальций, магний, хлор. Их функции:

ионы, располагаясь по обе стороны мембраны, образуют трансмембранный потенциал.

энергия, возникающая при перемещении протона водорода или катиона натрия через мембрану, используется для синтеза АТФ.

ферменты осуществляют катализ лишь при наличии двух буферных систем фосфатной и карбонатной.

4. катионы влияют на вязкость и текучесть цитоплазмы.

5. ионы создают осмотический потенциал клетки.

6. фосфат кальция придаёт прочность скелету позвоночных и др.

7. некоторые катионы являются активаторами ферментов марганец, магний и др.

Органические соединения.

Различают низкомолекулярные (мономеры) и высокомолекулярные (полимеры). Для важнейших полимеров – белков и нуклеиновых кислот, перестановки и новые сочетания мономеров обеспечивают практически неисчерпаемое разнообразие этих молекул.

Углеводы.

Общая формула углеводов (СН2О)n Их содержание в клетке колеблется от 0,2–2% в расчёте на сухую массу. Высокополимерные углеводы полисахариды второго порядка состоят из длинных линейных или разветвлённых углеродных цепочек, образованных молекулами мономеров. Под действием ферментов они легко гидролизуются, расщепляясь до мономеров. К полисахаридам второго порядка относятся запасные углеводы растений – крахмал (мономер – глюкоза) и инулин – (мономер – фруктоза), у животных и грибов эту роль выполняет гликоген (мономер - глюкоза). Клетчатка – целлюлоза, гемицеллюлоза и пектин – структурные полисахариды клеточной стенки растений, муцин в комплексе формирует основу гликокаликса на поверхности клеточной мембраны. Хитин – главный компонент стенки грибов, покровов насекомых и ракообразных.

Полисахариды выполняют структурную, защитную, запасающую функции.

Углеводы являются субстратом дыхания первого порядка.

Липиды. Это эфиры трёхатомного спирта глицерина и жирных кислот:

пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, и др.

Огромна их роль в формировании структуры мембраны. К липидам относятся и воска находящиеся на поверхности листьев, плодов растений.

Липоиды. По составу схожи с липидами, но не содержат жирных кислот.

Представлены стероидами и терпенами. Стероиды входят в состав желчи, выполняют функции половых гормонов – тестостерон, эстроген; к ним относят гликозиды растений. Терпены – соединения входящие в состав эфирных масел растений (ментол, камфора); гормоны роста растений – гиббереллины; пигменты группы каротиноидов; составная часть молекул хлорофилла, натуральный каучук. Функции липидов: структурная, запасающая, терморегуляторная, энергетическая, источник воды, регуляция обменных процессов.

Пигменты. Окрашенные высокомолекулярные вещества. К пигментам металлопорфиринам относят содержащие атом металла в центре четырёх пятичленных пирольных колец ядра (хлорофилл, фикобиллины – поглощающие кванты света), гемоглобин определяет окраску крови, является дыхательным пигментом. В хлоропластах растений содержится большое количество жёлто – оранжевых пигментов – каротиноидов. К пигментам относят меланин, желчные пигменты – билирубин, биливердин.

Гормоны – органические вещества различной природы и происхождения, которые оказывают регулирующее действие на функциональное состояние систем органов. У животных гормоны выполняют следующие функции:

1. регулируют рост 2. участвуют в формировании адаптивных реакций 3. регулируют работу систем организма 4. обеспечивают гомеостаз.

Фитогормоны в растениях регулируют физиологические процессы и морфогенез.

Живые системы способны функционировать, только благодаря всем факторам необходимым для их жизнедеятельности.

Размножение и индивидуальное развитие организмов 1. Основные положения клеточной теории.

2. Строение клетки. Клеточный цикл.

3. Размножение организмов - половое и бесполое. Оплодотворение (наружное и внутреннее). Типы онтогенеза.

4. Наследственность и изменчивость. Селекция.

Клетка – это удивительный и загадочный мир, который существует в каждом организме. Но в тайны клеточного строения человек смог проникнуть только благодаря изобретению микроскопа. В 1839 г. немецкий физиолог Теодор Шванн опубликовал ставшее впоследствии знаменитым сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в котором сформулировал вывод о том, что клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов. Подобное представление, известное как клеточная теория, получило название теории Шванна - Шлейдена.

Её основными положениями являются следующие:

1) всем животным и растениям свойственно клеточное строение;

2) растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток;

3) клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм совокупностью клеток.

Вирхов сформулировал дополнительное положение:

4) каждая клетка может происходить только из другой клетки путём деления. Это привело к осознанию того факта, что рост и развитие организмов связаны с делением клетки и их дальнейшей дифференциацией с образованием тканей и органов.

Клеточная теория в середине 19 века стала общепризнанной и послужила возникновению науки цитологии – науки о клетке.

Клеточная теория сохранила своё значение и в настоящее время. Она дополнена многочисленными материалами о строении, функциях, химическом составе и развитии клеток живых организмов. Современная клеточная теория включает в себя следующие положения:

1) клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов;

это наименьшая единица живого (кроме вирусов);

2) клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по строению, химическому составу, процессам жизнедеятельности и обмену веществ;

3) размножение клеток происходит путём их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной материнской клетки.

В дальнейшем, успехи изучения клетки связаны с развитием инструментов и методов исследования, что позволило выделить и описать ядро, цитоплазму клетки и её органеллы.

Выделяю два уровня клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Живое содержимое клеток растений и животных слагается из цитоплазмы и ядра, которые вместе образуют протоплазму. Цитоплазма состоит из основного полужидкого вещества и находящихся в нём разнообразных органелл - постоянных компонентов цитоплазмы, а также различных включений – временных компонентов цитоплазмы. Цитоплазма содержит многочисленные химические соединения. Она богата белками, жирами и жироподобными веществами, неорганическими солями, сахарами, нуклеотидами и другими органическими соединениями. В цитоплазме осуществляются процессы обмена веществ, кроме синтеза нуклеиновых кислот, происходящего в ядре. Одно из основных свойств цитоплазмы – способность к движению, которое обеспечивает связь между органеллами и их взаимодействие друг с другом.

Клеточная оболочка является сложным образованием состоящим из наружного слоя и прилегающей к цитоплазме плазматической мембраны или плазмалеммы.

Наружные слои клеточных оболочек живых организмов имеют разное строение. У животных он представлен гликопротеинами или липопротеинами и называется гликокаликсом. Гликокаликс клеток животных очень тонкий и эластичный, защищает клетку от повреждений и придаёт ей форму. Наружный слой растительных клеток образован мощным слоем клетчатки, получившим название клеточной стенки. Клеточная стенка служит каркасом клеткам, выполняя наряду с защитной функцией ещё и опорную. Наружный слой клеточных оболочек образуется в результате жизнедеятельности клеток. Мембрана – очень распространённая в клетке структура. Она не только окружает цитоплазму, отделяя её от внешней среды, но и является неотъемлемой частью многих клеточных органелл. Биологические мембраны живых организмов имеют сходное строение. Её основу составляет двойной слой молекул жиров – липидов. Мембраны подвижны и текучи, самозамыкаемы и полупроницаемы благодаря динамичной структуре липидного бислоя. В состав мембран входят ещё белковые молекулы, которые встроены в липидный слой. Различают периферические белки, которые располагаются на наружной или внутренней поверхности билипидного слоя; полуинтегральные белки, которые погружены в липидный бислой; и интегральные белки, пронизывающие мембрану насквозь. Мембранные белки выполняют такие функции как транспорт веществ, катализ мембранных реакций, поддержание структуры мембраны, получение и преобразование сигналов окружающей среды. В мембранах могут содержаться и углеводы. Углеводный компонент мембраны может быть связан с молекулами белков - гликопротеиды или липидов – гликолипиды. Органоиды клетки делятся на немембранные, одномембранные и двумембранные.

Клеточный цикл. Интервал от одного деления клетки до другого называется клеточным циклом. Он состоит из интерфазы, митоза (деления ядра) и цитокинеза (деления цитоплазмы). Наиболее длительный период клеточного цикла – интерфаза, которая подразделяется на три периода: пресинтетический, синтетический, постсинтетический. В пресинтетический период идёт интенсивное образование всех органоидов клетки. Клетка увеличивается в размерах. В синтетическом происходит репликация молекул ДНК, каждая хромосома превращается в две хроматиды. В постсинтетическом периоде происходит деление хлоропластов и митохондрий. Увеличиваются энергетические запасы клетки, появляются центриоли, начинается формироваться веретено деления, осуществляется контроль за правильностью репликации ДНК. Митоз – собственно деление ядра, состоит из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы, телофазы.

Биологическое значение митоза:

1) строго равномерное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками;

2) обеспечение роста;

3) лежит в основе бесполого размножения и регенерации.

3. Размножение организмов - половое и бесполое. Оплодотворение Размножение – это свойство организмов производить потомство или способность организмов к самовоспроизведению. Размножение, являясь важнейшим свойством живого, обеспечивает непрерывность жизни, продолжение существования вида.

Процесс размножения исключительно сложен и связан с передачей генетической информации от родителей к потомству и с анатомическими и физиологическими свойствами организмов, с поведением, гормональным контролем.

Размножение организмов сопровождается с процессами их роста и развития.

Различают два основных способа размножения – бесполое и половое.

Происхождение способов размножения.

Бесполое размножение является наиболее древним, в частности вегетативное размножение. Половое размножение является наиболее эффективным путём воспроизводства организмов дающим возможность комбинирования генов. Оно возникло около 1 млрд. лет назад от бесполого размножения. Примитивные гаметы характеризовались недостаточной морфологической дифференцировкой, в результате чего для многих организмов ведущей была изогамия (от греч. Isos – равный, gamos – брак), когда половые клетки были подвижными изогаметами, ещё не дифференцированными на мужские и женские формы.

Изогамия встречается у ряда видов простейших. В дальнейшем получила развитие анизогамия (от греч. Anisos – неравный, gamos – брак), характеризующийся дифференцировкой гамет различающихся между собой лишь по величине. У простейших организмов гаметы различны – макрогаметы и микрогаметы.

Позднее появились резкие различия в форме, подвижности, и размерах гамет, что более заметно в случае гамет млекопитающих. Выработалась также способность продуцировать огромное количество мужских гамет. Биологическая роль полового размножения исключительно велика. В природе половое размножение является доминирующим, т. к. это выдающийся источник изменчивости организмов. В ходе мейоза имеет место рекомбинация генов, а при объединении гамет - образование новых сочетаний генов. В ходе эволюции у позвоночных в порядке компенсации выработался ряд добавочных приспособлений, облегчающих перенос половых клеток самца в половые пути самки. Эти приспособления развились из выделительной системы, что привело к образованию мочеполовой системы. У многих организмов развилась тенденция к прямому развитию и живорождению.

Диплоидное состояние сопровождается накоплением различных аллелей.

Поэтому, половое размножение представляет организмам большую возможность изменчивости, по сравнению с бесполым, а это имеет важнейшее значение в эволюции.

Явные репродуктивные преимущества имеет партеногенез, он продуцирует потомство лишь женского рода. Тем не менее, пол является адаптивным приспособлением, поскольку он очищает геном от повторяющихся мутаций и является адаптивным приспособлением в меняющихся условиях среды.

У растений в связи с эволюционным развитием неподвижности в образе жизни возникла необходимость в выработке приспособлений обеспечивающих объединение мужских и женских гамет. Эволюция водных растений привела к появлению подвижных мужских половых клеток. У семенных растений появилась пыльца и пыльцевая трубка, а также семя, что способствовало исключительному распространению растений.

Половое размножение растений играет важную роль в их распространении.

Бесполое размножение, или апомиксис (от греч. без смешения) представляет собой процесс, в котором существует лишь один родитель. Оно может осуществляться делением, почкованием, фрагментацией и спорообразованием.

При бесполом размножении путём деления одноклеточный организм разделяется на две части, которые затем превращаются в новые организмы. Почкование свойственно как одноклеточным, так и многоклеточным (дрожжевые грибки, гидра). При бесполом размножении путём фрагментации тело родительского организма распадается на множество частей, или фрагментов, каждый из которых развивается в новый организм. Это наблюдается у плоских червей. Некоторые организмы размножаются спорами. Споры – это одноклеточные или многоклеточные зачатки растительных и животных организмов. Они служат для размножения и сохранения организмов в неблагоприятных условиях.

В половом размножении участвуют два родителя, каждый из которых имеет собственную репродуктивную систему и продуцирует половые клетки – гаметы, которые после слияния образуют зиготу (оплодотворённое яйцо), дифференцирующуюся затем в эмбрион. Следственно при половом размножении имеет место смешение наследственных факторов, амфимиксис (от греч. смешение с обеих сторон). Своеобразный половой процесс наблюдается при гермафродитизме, который свойственен кишечнополостным, многим червям, моллюскам, а также некоторым рыбам. При гермафродитизме одна и та же особь имеет и женские и мужские половые органы и способна образовывать и женские и мужские половые клетки. Размножение в случае естественного гермафродитизма может осуществляться путём самооплодотворения, путём оплодотворения одного гермафродитного организма другим, как у дождевого червя, или попеременным оплодотворением, когда один организм в разное время бывает то самцом, то самкой.

Особой формой полового размножения является партеногенез (одуванчик, некоторые моллюски, ракообразные, некоторые насекомые, рыбы, пресмыкающиеся и птицы). Сущность состоит в том, что организм развивается из неоплодотворённого яйца. У пчёл из оплодотворённых яиц развиваются рабочие пчёлы и матка из неоплодотворённых – трутни. Партеногенез свидетельствует, что в яйцеклетке имеются все факторы необходимые для развития. Таким образом, яйцеклетку можно рассматривать как особую систему, которая готова к действию и которой необходим запускающий агент для развития организма.

Развитие (онтогенез) – это качественные изменения организмов, которые определяются дифференцировкой клеток и морфогенезом, а также биохимическими изменениями в клетках и тканях, обеспечивая качественные изменения организмов в процессе онтогенеза. Процесс развития заложен в генах и зависит от среды. Поэтому развитие определяется единством внутренних и внешних факторов.

Различают прямое и непрямое развитие. Прямое развитие организмов встречается в виде неличиночного и внутриутробного развития, непрямое наблюдается в форме личиночного развития.

Личиночное развитие наблюдается, когда организм, в своём развитии, имеет одну или несколько личиночных стадий. Личиночное развитие широко распространено в природе и характерно для насекомых, иглокожих, амфибий.

Личинки этих животных ведут самостоятельный образ жизни, подвергаясь затем превращениям. Поэтому это развитие называют ещё развитием с метаморфозами.

Неличиночное развитие характерно для организмов, развивающихся прямым образом, для рыб, пресмыкающихся и птиц, яйца которых богаты желтком (питательным материалом). т.о.в яйцах во внешней среде протекает значительная часть онтогенеза.

Внутриутробное развитие также характерно для организмов развивающихся прямым путём, например для млекопитающих включая человека. Все жизненные функции зародыша обеспечиваются материнским организмом посредством плаценты. Эволюционно внутриутробное развитие является самой поздней формой, однако оно наиболее выгодно для зародышей, т.к. наиболее эффективно обеспечивает их выживание.

Онтогенез подразделяют на проэмбриональный, эмбриональный и постэмбриональный периоды. В случае человека, а иногда и высших животных, период развития до рождения называют пренатальным, а после рождения постнатальны.

Проэмбриональный период - в индивидуальном развитии организмов связан с образованием половых клеток в процессе гаметогенеза.

Эмбриональный период - или эмбриогенез начинается со слияния ядер мужской и женской половых клеток, т.е. с процесса оплодотворения. У организмов с внутриутробным развитием эмбриональный период заканчивается рождением потомства, а с личиночным и неличиночным типом развития эмбриональный период заканчивается выходом потомства из яйцевых или зародышевых оболочек.

Постэмбриональный период – начинается после появления организма на свет и, у разных организмов, протекает от нескольких часов, до сотен лет в зависимости от их видовой принадлежности. Следовательно, продолжительность жизни, это видовой признак организмов. В постэмбриональном онтогенезе различают ювенильный и пубертатный периоды, а также период старости, заканчивающийся смертью.

5. Наследственность и изменчивость. Селекция.

Генетика изучает два фундаментальных свойств живых организмов наследственность и изменчивость. Первый научный шаг в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем. Мендель показал что наследственные «задачи» не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы. Представлены у особей парами, остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая из которых содержит по одной единице из каждой пары.

Наследственность – свойство организмов передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению.

Изменчивость – способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Изменчивость отражает взаимосвязь организма с внешней средой. Различают наследственную, генотипическую и ненаследственную, или модификационную изменчивость. Наследственность зависит от генотипа и проявляется в фенотипе.

Генотип – совокупность взаимодействующих генов организма.

Фенотип – совокупность всех признаков организма.

Селекция представляет собой науку о создании новых и улучшении существующих пород домашних животных и сортов культурных растений. Вместе с тем, под селекцией понимают и сам процесс изменения живых организмов, осуществляемый человеком для своих потребностей. Все современные домашние животные и растительные культуры, возделываемые человеком произошли от диких предков. Процесс превращения диких животных и растений в культурные формы называют одомашниванием. Основные методы селекции являются отбор и гибридизация, полиплоидия и мутагенез. При отборе сохраняют только организмы с желательными качествами. Индивидуальный отбор сводится к выделению чистой линии – группы генетически однородных гомозиготных организмов. Для внесения в генофонд создаваемого сорта растений или породы животных ценных генов и получения оптимальных комбинаций признаков применяют гибридизацию с последующим отбором. Мутагенез основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Из тысячи искусственно полученных мутаций 1-2 оказываются полезными. Воздействием мутагенами на организм можно добиться преобразования любого свойства. С помощью методов радиационного и химического мутагенеза созданы мутантные формы пшеницы, томатов, хлопчатника, картофеля, кукурузы, ячменя, овса, гороха, фасоли и др. Метод получения полиплоидов основан на блокировании расхождение удвоившихся хромосом различными химическими веществами. У растений полиплоиды обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные цветки, плоды и семена.

1. Естественные и искусственные системы.

2. Методы классификации организмов.

3. Принципы современной классификации и правила номенклатуры.

4. Клеточные и внеклеточные формы жизни.

На Земле идентифицировано около 2 миллионов животных и растений, включая виды, которые жили в далёком прошлом, но затем вымерли. На долю растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных около 1500000 видов. Непрерывно открываются новые виды растений и животных. Чтобы изучить всё биоразнообразие, нужна классификация на сходные группы или категории. Задачу классификации организмов решает наука систематика. Систематика – наука о многообразии живой природы.

В задачу систематики входит нахождение названий единиц классификации (таксонов), а также изучение эволюционных взаимоотношений между всеми единицами классификации. Классификация – это процесс установления и характеристики систематических групп.

Разделами систематики являются таксономия и номенклатура, а также филогенетика.

Таксономия представляет собой теорию и практику классификации. Номенклатура – совокупность названий таксонов. Филогенетика – установление родства между организмами в историческом плане.

Самые первые попытки классификации принадлежали Аристотелю и Теофрасту. Они подразделяли растения на травы, кустарники и деревья, а животных на ряд групп в зависимости от местообитания: водные, земные, воздушные.

Далее для классификации организмов использовали признаки, такие как полезность, вредность или безвредность.

Названные системы классификации были эмпирическими или искусственными системами, т.к. они не основывались на единстве происхождения живых существ.

Искусственные системы в классификации организмов условно используют и сейчас, когда характеризуют организмы учитывая их хозяйственные признаки. Например растения делят на культурные и дикорастущие, съедобные и ядовитые, лекарственные и кормовые. Животных делят на домашних и диких, на вредителей и паразитов. Однако эти классификации не имеют научной ценности.

Естественные системы. Чрезвычайно важным шагом на пути к научной классификации организмов оказалось создание в 1663 году английским естествоиспытателем Д. Реем (1627-1705) концепции вида. Он считал, что видом является группа сходных организмов, имеющих сходных предков, и что «один вид никогда не зарождается из семян другого вида». Принимая вид в качестве реальной, но неизменной категории Д. Рей классифицировал организмы на несколько групп по некоторым анатомическим особенностям, например по строению копыт, рогов. Классификация была примитивной, но она дала начало естественным системам классификации.

Основы современной классификации растений и животных были заложены в 18 веке шведским учёным К. Линнеем. Он определил вид основной систематической единицей и считал, что со времени создания виды постоянны и неизменны. Ввёл в оборот такие таксономические единицы как вид, род, отряд, класс, разместив их в виде иерархической системы и определив их соподчинённость. Например, класс, включает в себя несколько отрядов, отряд – несколько родов, род – несколько видов.

Для научного наименования организмов он ввёл так называемую бинарную номенклатуру, в соответствии с которой наименование организмов одного вида, принадлежащих к одному роду, состоит из родового и видового латинских названий, причём первым словом является обозначение рода, вторым вида. Линнеевская система является естественной системой классификации.

Вклад в систематику внёс Ж.Б. Ламарк, который разделил животных на беспозвоночных и позвоночных, а также определил основные типы червей (плоские, круглые, кольчатые).

В 19 веке француз Ж.Кювье (1769-1832) ввёл в оборот понятие о типе животных и описал несколько типов.

Позднее стали объединять роды в семейства, семейства в отряды, отряды в классы, классы в типы, типы в царства.

Э. Геккель (1834-1919) разделил живой мир на три царства: протисты, животные и растения. Он предложил понятие генеалогическое древо. Главные категории – стволы. Из одного ствола происходят классы, отряды, семейства, роды. Позднее были предложены и другие подразделения царств.

Систематика, как и другая наук обладает собственной методологией. Выделяют следующие методы: сравнительно-морфологический, анатомический, палеонтологический, эмбриологический, географический, экологический, гибридологический, кариологический, иммунологический и серологический, тератологический, хемотаксономический, математический.

Сравнительно-морфологический и анатомический методы. Применяя данные методы в систематике учёные обращают внимание на особенности строения организмов, на их морфологию.

Палеонтологический. Ископаемые остатки представляют собой прямые документальные свидетельства исторического (эволюционного) развития органического мира. Единственный недостаток метода разрозненность, неполнота ископаемого материала. Организмы последующих эпох являются потомками организмов из предыдущих эпох, и поэтому, между таксономическими группами должны существовать переходные формы – недостающие звенья исторической цепи.

Эмбриологический метод основан на сходстве строения зародышей или жизненных циклов у близкородственных групп. Чем более близкими родственниками являются сравниваемые организмы, тем на более поздних стадиях онтогенеза будет наблюдаться расхождение признаков. «Онтогенез есть краткое повторение филогенеза» - Закон Геккеля-Мюллера.

Географический и экологический методы учитывают характер распространения таксона и условия его существования. Близкородственные виды и роды возникают обычно на одной территории, и какое то время совместно существуют на ней.

Гибридологический метод позволяет установить степень родства на основании возможности скрещивания. Близкородственные виды и рода дают при скрещивании гибриды. Например мулы гибрид полученный в результате скрещивания лошади и осла относящихся к одному роду.

Кариологический метод позволяет установить степень родства организмов на основании сходства строения хромосомного аппарата. Особое внимание уделяется числу гаплоидного и диплоидного наборов хромосом.

Иммунологический и серологический методы позволяют установить степень родственных связей между организмами на основании сходства и несходства защитных реакций и общей организации иммунной системы. Известно, что формы врождённого иммунитета (врождённой невосприимчивости к определённым возбудителям-патогенам) являются видовыми признаками. Человек, например не болеет чумкой кошек и собак.

Тератологический метод основан на сходстве механизмов развития уродств (терат) у родственных групп организмов. Этот метод позволяет установить скрытые возможности реализации генотипов, проливает свет на ход эволюционного процесса. Большое значение придаётся атавизмам – признакам, не характерным в норме для всех представителей данного вида. Например, случаи хвостатости или многососковости.

Хемотаксономический метод основан на использовании биохимических свойств организмов как диагностических признаков, позволяющих установить степень их родства и положение в системе. Основываясь на биохимических данных удаётся выстроить целую систему. Например «молекулярное древо»

млекопитающих, при построении которого сравнивалась структура молекул гемоглобина крови. Для семейства астровых характерно образование и накопление в клетках полисахарида инулина, а не крахмала как у большинства растений.

Математический метод. Построен на определении наибольшего числа общих признаков, чем их больше, тем ближе в систематическом плане таксоны.

3. Принципы современной классификации и правила номенклатуры В связи с совершенствованием классификации сейчас выделяют ещё более дифференцированные систематические единицы в пределах основных систематических групп (таксонов), добавляя к ним приставку над или под (надцарство, подцарство, надсемейство, подсемейство, надтип, подтип). Часто выделяют такие таксоны, как раздел, надраздел, триба.

Принято использовать следующие категории таксономической иерархии:

царство (растения, животные, грибы); отдел для растений, грибов и бактерий или тип для животных; класс; порядок для растений грибов и бактерий или отряд для животных; семейство; триба; род; секция; вид; разновидность; форма.

Каждая таксономическая категория имеет название на латинском и на национальном языках. Все названия категорий рангом выше вида однословны, например царство – животные, семейство – люди, род человек. Название вида состоит из двух слов название рода (имя существительное), и видовое название (имя прилагательное), например Человек разумный.

Название таксонов устанавливаются согласно принципам и правилам, изложенным в международных кодексах ботанической и зоологической номенклатуры. Кодексы разрабатываются и принимаются Международными номенклатурными комитетами, или международными номенклатурными конгрессами.

Царство – животные (Animalia) Подцарство – многоклеточные (Metazoa) Тип – хордовые (Chordata) Подтип – позвоночных (Vertebrata) Класс – млекопитающих (зверей) (Mammalia) Подкласс – высших или настоящих зверей (Eutheria) Отряд – приматы (Primates) Подотряд – узконосых обезьян (Catarrhina), высших узконосых обезьян (Hylobatidae) Надсемейство – высших приматов (Hominoidea) Семейство – людей (Hominidae) Род – человек (Homo) Вид – человек разумный (Homo sapiens) Подвид - Современный человек (Homo sapiens subspecies sapiens) Вирусы – вирионы вирусов состоят из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) заключённой в белковый чехол (капсид или суперкапсид) состоящий из повторяющихся структурных единиц капсомеров.

Вирусы способны «навязывать» свою генетическую программу клетке хозяина. Клеточный метаболизм идёт в выгодном для вириона направлении.

Этапы взаимодействия вириона с клеткой:

Опознание вирусом своей клетки с помощью рецепторов.2. Адсорбция-прикрепление вириона к поверхности клеточной оболочки. 3. Проникновение через мембрану. 4. Освобождение от капсида. 5. Транскрипция вирусной нуклеиновой кислоты. 6. Трансляция вирусных белков – структурных и ферментативных. 7. Сборка вирионов в ядре или цитоплазме. 8. Выход вириона из клетки.

Бактерии являются одноклеточными микроскопическими организмами.

На основе метода окраски различают грамположительные и грамотрицательные. В зависимости от формы среди бактерий различают бациллы, стафилококки, диплококки, стрептококки, вибрионы, спириллы. Бактерии многих видов подвижны, обладая жгутиками или ресничками. Бактерии не имеют хлоропласты, митохондрии, центриоли, ядерной мембраной, ядрышками. Размножаются путём деления или спорообразование. Большинство гетеротрофы, часть автотрофами или хемосинтезирующими. Аэробами или анаэробами. Значение бактерий велико: брожение, гниение, минерализация, азотфиксация у клубеньковых бактерий, молочнокислые используются в промышленности, являются некоторые возбудителями заболеваний.

Грибы имеют выраженную клеточную оболочку, гетеротрофный тип питания. Грибы способны вступать в симбиотические отношения с водорослями, образуя лишайники. Встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные грибы. Запасным питательным веществом является гликоген. 37ласточные стенки, содержащие хитин, выполняют опорную функцию. Продуктами обмена является мочевина. Размеры колеблются от микроскопических до крупных экземпляров. Основа плодового тела крупных грибов – грибница, или мицелий, она представляет собой систему тонких нитей – гиф, часть грибнице в почве – субстратная грибница, а часть наружная грибница на ней формируются органы размножения. Грибы размножаются бесполым и половым путём. Бесполым либо вегетативно – частями растения, либо спорами. Споры развиваются в спорангиях, возникающих на специализированных гифах – спорангиеносцах, поднимающихся над субстратом. Значение очень велико применяются в пищевой промышленности, некоторые вызывают грибковые заболевания, участвуют в минерализации органических веществ, есть хищные грибы захватывающие мелких червей.

Растения – практически все автотрофы. Это обуславливает преобладание в метаболизме синтетических процессов (анаболизма) над реакциями освобождения энергии (катаболизма). Обязательным продуктом метаболизма растений является клеточный сок. Клетка растений имеет ядро и органоиды. Она отличается от животной:

1. прочной клеточной стенкой значительной толщины состоящей преимущественно из целлюлозы;

2. пластидами, в которых происходит первичный синтез органических веществ за счёт фотосинтеза;

3. развитой системой вакуолей, обусловливающих осмотические свойства клеток.

Растения подразделяют на низшие растения и высшие. К низшим относят группу отделов водорослей, к высшим – отделы: мхи, плауны, хвощи, папоротники, голосеменные, покрытосеменные (цветковые). В отличие от низших у высших растений имеются ткани и органы. У всех высших растений мужские и женские репродуктивные органы многоклеточные. Онтогенез у высших растений подразделяется на эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Высшие растения по строению женских половых органов распределяются на архегониальные и пестичные. Первая включает, например, отделы Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные, Голосеменные и объединяет более 50 тыс. видов. Вторая группа – пестичные, представлена одним отделом – покрытосеменными, или цветковые, женским половым органом которых является пестик. У высших растений появляются органы и ткани. Различают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные ткани. Органы высших растений подразделяются на вегетативные и генеративные. К вегетативным относят корень, побег который состоит из стебля, листьев, почек – зачаточный побег, корневище – это сильно изменённый подземный побег. К генеративным относят цветок – орган семенного размножения. В центре хорошо заметен пестик – женская часть цветка, состоящая из рыльца, столбика и завязи. Завязь защищает семяпочку. Пестик окружён тычинками; каждая из них имеет пыльник, внутри которого созревает пыльца – микроспоры. Пыльник расположен на тычиночной нити. Тычинки и пестик защищены венчиком, состоящим из лепестков, окружённых чашелистиками.

Цветки, у которых есть и тычинки, и пестик, называются обоеполыми. Цветки, имеющие только тычинки или только пестики, носят название однополых.

Опыление – процесс переноса пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Различают самоопыление и перекрёстное опыление. Оплодотворение у цветковых растений двойное, т.к. в пыльцевом зерне развивается два спермия, из которых один сливается с яйцеклеткой, а другой – с крупной центральной клеткой. Образование мужского гаметофита происходит в развивающейся тычинке, там возникают пыльники – микроспорангии, где вследствие мейоза формируются гаплоидные микроспоры. В микроспорах ядро делится митозом, в результате чего микроспора (пыльцевое зерно) превращается в мужской гаметофит, содержащий две одинаковые гаплоидные клетки – вегетативную и генеративную. После попадания пыльцевого зерна на рыльце пестика оно прорастает, и пыльцевая трубка, развивающаяся из вегетативной клетки, достигает семязачатка. В это время ядро генеративной клетки делится митозом, в результате чего образуются два спермия. Начало женскому гаметофиту даёт одна из клеток мегаспор, образующихся в мегаспорангии. Таким мегаспорангием у покрытосемянных является семяпочка. Материнская клетка зародышевого мешка в процессе мейоза делится дважды, образуя четыре гаплоидных клетки, три из которых погибают.

Оставшаяся – делится митозом три раза. Образуются несколько одинаковых гаплоидных клеток, из которых одна яйцеклетка. Другие идут на образование зародышевого мешка и формирование центральной диплоидной клетки. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой – зародыш. Второй спермий сливается с диплоидным центральным зерном, в результате возникает триплоидная клетка – питательная ткань (эндосперм). Такой способ называется двойным оплодотворением.

Животные. Среди обитателей нашей планеты насчитывают 1,5 – 2 млн видов животных. Эти организмы характеризуются специфическими чертами: гетеротрофным питанием, отсутствием прочной клеточной стенки, центриолями, особенностями обмена веществ, подвижностью, ограниченным ростом.

В настоящее время зоологи делят царство животных на два подцарства – одноклеточные и многоклеточные.

Современный человек относится к царству животных подцарству многоклеточных.

Лекция 5. Морфофизиологические особенности и экология человека. Антропогенез 1. Антропогенез 2. Особенности внешнего и внутреннего строения человека 3. Экология человека Эволюция человека, или антропогенез – это исторический процесс эволюционного становления человечества.

Человек относится к отряду приматов. Первые приматы появились около 70 млн лет назад в Северной Америке, или Европе. Их предками принято считать древних насекомоядных, подобных современным прыгунчиковым и тупаям – небольших древесных зверьков. Возможно, что переходной группой между насекомоядными или приматами были микросиопиды – ископаемые насекомоядные с примитивным по строению средним ухом и зубами, напоминающими зубы приматов. Первоначально первыми приматами были полуобезьяны – древние лемуры (60 млн. лет назад). Они имели пятипалые хватательные конечности, вперёд смотрящие глаза, зубы были приспособлены для перетирания растительной пищи. Приблизительно 35–30 млн. лет назад в олигоцене появились настоящие обезьяны, которые разделились на узконосых и широконосых.

В миоцене 25–5 млн. лет назад климат стал более холодным, в это время приматы заселили все части суши. Немногим позже в верхнем плиоцене появились гоминоиды. Представители дали начало человекообразным обезьянам и человеку. В пределах этого надсемейства выделяют семейство понгид и гоминид. У истоков расхождения путей эволюции понгид и гоминид стоит один из дриопитеков – рамапитек. Рамапитек больше походил на обезьян, чем на человека после него современная антропология не располагает ископаемыми останками, в результате чего ещё не возможно составить полный эволюционный ряд для человека. Условно филогенез можно представить в виде ряда последовательных, сменяющихся стадий:

1. Предшественники – представляющие собой ископаемых обезьянолюдей (австралопитеков) 3–2,3 млн. лет назад.