Что изучают биологические науки: список прикладных предметов. Биологические науки

Биология как наука.

Биология – наука, изучающая свойства живых систем.

Наука – это сфера человеческой деятельности по получению, систематизации объективных знаний о действительности.

Объект – науки – биологии является жизнь во всех ее проявлениях и формах, а также на разных уровнях. Носитель жизни – живые тела. Все, что связано с их существованием, изучает биология.

Метод – это путь исследования, который проходит ученый, решая какую – либо научную задачу, проблему.

Основные методы науки :

1.Моделирование	метод, при котором создается некий образ объекта, модель с помощью которой ученые получают необходимые сведения об объекте.	Создание из пластмассовых элементов модели ДНК
2.Наблюдение	метод, с помощью которого исследователь собирает информацию об объекте	Наблюдать можно визуально, например за поведением животных. Можно наблюдать с помощью приборов за изменениями происходящими в живых объектах, например при снятии кардиограммы в течении суток. Наблюдать можно за сезонными изменениями в природе, например за линькой животных.
3.Эксперимент (опыт)	метод, с помощью которого проверяют результаты наблюдений, выдвинутые предположения – гипотезы. Это всегда получение новых знаний с помощью поставленного опыта.	Скрещивание животных или растений с целью получения нового сорта или породы, проверка нового лекарства.
4.Проблема	вопрос, задача, требующие решения. Решение проблемы ведер к получению нового знания. Научная проблема всегда скрывает какое-то противоречие между известным и неизвестным. Решение проблемы требует от ученого сбора фактов, их анализа, систематизации.	Пример проблемы: «Как возникает приспособленность организмов к окружающей среде?» или «Каким образом можно подготовиться к серьезным экзаменам»
5.Гипотеза	предположение, предварительное решение поставленной проблемы. Выдвигая гипотезы, исследователь ищет взаимосвязи между фактами, явлениями, процессами. Именно поэтому гипотеза чаще всего имеет форму предположения: «если…тогда».	«Если растения на свету выделяют кислород, то мы сможем его обнаружить с помощью тлеющей лучины, т.к. кислород должен поддерживать горение»
6.Теория	это обобщение основных идей в какой – либо научной области знания	Теория эволюции обобщает все достоверные научные данные, полученные исследователями на протяжении многих десятилетий. Со временем теория дополняется новыми данными, развивается. Некоторые теории могут опровергаться новыми фактами. Верные научные теории подтверждаются практикой.

Частные методы в биологии :

Генеалогический метод	Применяется при составлении родословных людей, выявление характера наследования некоторых признаков
Исторический метод	Установление взаимосвязей между фактами, процессами, явлениями, происходящими на протяжении исторически длительного времени (несколько миллиардов лет).
Палеонтологический метод	Позволяет выяснить родство между древними организмами, останки которых находятся в земной коре, в разных геологических слоях.
Центрифугирование	Разделение смесей на составные части под действием центробежной силы. Применяется при разделении органоидов клетки, легких и тяжелых фракций органических веществ.
Цитологический или цитогенетический метод	Исследование строения клетки, ее структур с помощью различных микроскопов.
Биохимический метод	Исследование химических процессов, происходящих в организме.
Близнецовый метод	Используется для выяснения степени наследственной обусловленности исследуемых признаков. Метод дает ценные результаты при изучении морфологических и физиологических признаков.
Гибридологический метод	Скрещивание организмов и анализ потомства

Науки

Палеонтология	наука об ископаемых останках растений и животных
Молекулярная биология	комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот).
Сравнительная физиология	раздел физиологии животных, изучающий методом сравнения особенности физиологических функций у различных представителей животного мира.
Экология	наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой.
Эмбриология	это наука, изучающая развитие зародыша.
Селекция	наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов.
Физиология	наука о сущности живого и жизни в норме и при патологиях, то есть о закономерностях функционирования и регуляции биологических систем разного уровня организации, о пределах нормы жизненных процессов и болезненных отклонений от неё
Ботаника	Наука о растениях
Цитология	раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти.
Генетика	наука о закономерностях наследственности и изменчивости.
Систематика	раздел биологии , призванный создать единую стройную систему живого на основе выделения системы биологических таксонов и соответствующих названий, выстроенных по определенным правилам (номенклатура)
Морфология	изучает как внешнее строение (форму, структуру, цвет, образцы) организма , таксона или его составных частей, так и внутреннее строение живого организма
Ботаника	Наука о растениях
Анатомия	раздел биологии, изучающий морфологию человеческого организма, его систем и органов.
Психология	наука о поведении и психических процессах
Гигиена	наука, изучающая влияние факторов внешней среды на организм человека с целью оптимизации благоприятного и профилактики неблагоприятного воздействия.
Орнитология	раздел зоологии позвоночных, изучающий птиц, их эмбриологию, морфологию, физиологию, экологию, систематику и географическое распространение.
Микология	Наука о грибах
Ихтиология	Наука о рыбах
Фенология	Наука о развитии живой природы
Зоология	Наука о животных
Микробиология	Наука о бактериях
Вирусология	Наука о вирусах
Антропология	совокупность научных дисциплин, занимающихся изучением человека, его происхождения, развития, существования в природной (естественной) и культурной (искусственной) средах.
Медицина	область научной и практической деятельности по исследованию нормальных и патологических процессов в организме человека, различных заболеваний и патологических состояний, их лечению, сохранению и укреплению здоровья людей
Гистология	Наука о тканях
Биофизика	это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факт
Биохимия	наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности
Бионика	прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги.
Сравнительная анатомия	биологическая дисциплина, изучающая общие закономерности строения и развития органов и систем органов при помощи их сравнения у животных разных таксонов на разных этапах эмбриогенеза.
Теория эволюции	Наука о причинах, движущих силах, механизмах и общих закономерностях эволюции живой природы
Синэкология	раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов различных видов внутри сообщества организмов.
Биогеография	наука на стыке биологии и географии; изучает закономерности географического распространения и распределения животных, растений и микроорганизмов
Аутоэкология	раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой.
Протистология	наука, изучающая одноклеточные эукариотические организмы, относящиеся к типу простейших
Бриология	Наука о мхах
Альгология	наука о морфологии, физиологии, генетике, экологии и эволюции макро и микроскопических одно и многоклеточных водорослей

Признаки и свойства живого

Единство элементного химического состава	В состав живого входят те же элементы, что и в состав неживой природы, но в других количественных соотношениях; при этом примерно 98% приходится на углевод, водород, кислород, азот.
Единство биохимического состава	Все живые организмы состоят в основном из белков, липидов, углеводов и нуклеиновых кислот.
Единство структурной организации	Единицей строения, жизнедеятельности, размножения, индивидуального развития является клетка; вне клетки жизни нет.
Дискретность и целостность	Любая биологическая система состоит из отдельных взаимодействующих частей (молекулы, органоиды, клетки, ткани, организмы, виды и т.д.), которые вместе образуют структурно – функциональное единство.
Обмен веществ и энергии (метаболизм)	Обмен веществ состоит из двух взаимосвязанных процессов: ассимиляции (пластического обмена) – синтеза органических веществ в организме (за счет внешних источников энергии – света, пищи) и диссимиляции (энергетического обмена) – процесса распада сложных органических веществ с выделением энергии, которая затем расходуется организмом.
Саморегуляция	Любые живые организмы обитают в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды. Благодаря способности к саморегуляции в процессе метаболизма сохраняются относительное постоянство химического состава и интенсивность течения физиологических процессов, т.е. поддерживается гомеостаз.
Открытость	Все живые системы являются открытыми, потому что в процессе их жизнедеятельности между ними и окружающей средой происходит постоянный обмен веществом и энергией.
Размножение	Это способность организмов воспроизводить себе подобных. В основе воспроизведения лежат реакции матричного синтеза, т.е. образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в последовательности нуклеотидов ДНК. Это свойство обеспечивает непрерывность жизни и преемственность поколений.
Наследственность и изменчивость	Наследственность – способность организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Основой наследственности является относительное постоянство строения молекул ДНК. Изменчивость – свойство, противоположное наследственности; способность живых организмов существовать в различных формах, т.е. приобретать новые признаки, отличные от качеств других особей того же вида. Изменчивость, обусловленная изменениями наследственных задатков – генов, создает разнообразный материал для естественного отбора, т.е. отбора особей, наиболее приспособленных к конкретным условиям существования в природе. Это приводит к появлению новых форм жизни, новых видов организмов.
Рост и развитие	Индивидуальное развитие, или онтогенез, - развитие живого организма от зарождения до момента смерти. В процессе онтогенеза постепенно и последовательно проявляются индивидуальные свойства организма. В основе этого лежит поэтапная реализация наследственных программ. Индивидуальное развитие обычно сопровождается ростом. Историческое развитие, или филогенез, - необратимое направленное развитие живой природы, сопровождающееся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни.
Раздражимость	Способность организма избирательно реагировать на внешние и внутренние воздействия, т.е. воспринимать раздражение и отвечать определенным образом. Ответная реакция организма на раздражение, осуществляемая при участии нервной системы, называется рефлексом. Организмы, у которых отсутствует нервная система, отвечают на воздействие изменением характера движения и роста, например листья растений, поворачиваются к свету.
Ритмичность	Суточные и сезонные ритмы направлены на приспособление организмов к меняющимся условиям существования. Наиболее известным ритмическим процессом в природе является чередование периодов сна и бодрствования.

Уровни организации живой природы

Уровень организации	Биологическая система	Элементы, образующие систему	Значение уровня в органическом мире
1.Молекулярно - генетический	Ген (макромолекула)	Макромолекулы нуклеиновых кислот, белков, АТФ	Кодирование и передача наследственной информации, обмен веществ, превращение энергии
2.Клеточный	Клетка	Структурные части клетки	Существование клетки лежит в основе размножения, роста и развития живых организмов, биосинтеза белка.
3.Тканевый	Ткань	Совокупность клеток и межклеточного вещества	Разные виды тканей у животных и растений отличаются строением и выполняют различные функции. Изучение этого уровня позволяет проследить эволюцию и индивидуальное развитие тканей.
4.Органный	Орган	Клетки, ткани	Позволяет изучать строение, функции, механизм действия, происхождение, эволюцию и индивидуальное развитие органов растений и животных.
5.Организменный	Организм (особь)	Клетки, ткани, органы и системы органов с их уникальными жизненными функциями	Обеспечивает функционирование органов в жизнедеятельности организма, приспособительные изменения и поведение организмов в различных экологических условиях.
6.Популяционно - видовой	Популяция	Совокупность особей одного вида	Осуществляется процесс видообразования.
7.Биогеоценотический (экосистемный)	Биогеоценоз	Исторически сложившаяся совокупность организмов разного ранга в сочетании с факторами окружающей среды	Круговорот веществ и энергии
8.Биосферный	Биосфера	Все биогеоценозы	Здесь происходят все круговороты веществ и энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

Ученые – биологи

Гиппократ	Создал научную медицинскую школу. Считал, что у каждой болезни есть естественные причины, и их можно узнать, изучая строение и жизнедеятельность человеческого организма.
Аристотель	Один из основателей биологии как науки, впервые обобщил биологические знания, накопленные до него человечеством.
Клавдий Гален	Заложил основы анатомии человека.
Авиценна	В современной анатомической номенклатуре сохранил арабские термины.
Леонардо да Винчи	Описал многие растения, изучал строение человеческого тела, деятельность сердца и зрительную функцию.
Андреас Визалия	Работа «О строении человеческого тела»
Уильям Гарвей	Открыл кровообращение
Карл Линней	Предложил систему классификации живой природы, ввел бинарную номенклатуру для наименования видов.
Карл Бэр	Изучал внутриутробное развитие, установил, что зародыши всех животных на ранних этапах развития схожи, сформулировал закон зародышевого сходства, основатель эмбриологии.
Жан Батист Ламарк	Первым попытался создать стройную и целостную теорию эволюции живого мира.
Жорж Кювье	Создал науку палеонтологию.
Теодор Шванн и Шлейден	Создали клеточную теорию
Ч Дарвин	Эволюционное учение.
Грегор Мендель	Основоположник генетики
Роберт Кох	Основатель микробиологии
Луи Пастер и Мечников	Основатели иммунологии.
И.М. Сеченов	Заложил основы изучения высшей нервной деятельности
И.П. Павлов	Создал учение об условных рефлексах
Гуго де Фриза	Мутационная теория
Томас Морган	Хромосомная теория наследственности
И.И. Шмальгаузен	Учение о факторах эволюции
В.И. Вернадский	Учение о биосфере
А. Флеминг	Открыл антибиотики
Д. Уотсон	Установил структурц ДНК
Д.И. Ивановский	Открыл вирусы
Н.И. Вавилов	Учение о многообразии и происхождении культурных растений
И.В. Мичурин	Селекционер
А.А. Ухтомский	Учение о доминанте
Э.Геккель и И.Мюллер	Создали биогенетический закон
С.С. Четвериков	Исследовал мутационные процессы
И.Янсен	Создал первый микроскоп
Роберт Гук	Первым обнаружил клетку
Антониа Левенгук	Увидел в микроскоп микроскопических организмов
Р.Броун	Описал ядро растительной клетки
Р.Вирхов	Теория целлюлярной патологии.
Д.И.Ивановский	Открыл возбудителя табачной мозаики (вирус)
М.Кальвин	Химическая эволюция
Г.Д.Карпеченко	Селекционер
А.О.Ковалевский	Основоположник сравнительной эмбриологии и физиологии
В.О.Ковалевский	Основоположник эволюционной палеонтологии
Н.И.Вавилов	Учение о биологических основах селекции и учение о центрах происхождения культурных растений.
Х.Кребс	Изучал метаболизм
С.Г.Навашин	Открыл двойное оплодотворение у покрытосеменных
А.И.Опарин	Теория самозарождения жизни
Д.Холдейн	Создал учение о дыхании человека
Ф.Реди
А.С.Северцов	Основатель эволюционной морфологии животных
В.Н.Сукачев	Основоположник биогеоценологии
А.Уоллес	Сформулировал теорию естественного отбора, которая совпала с Дарвиным
Ф.Крик	Изучал животные организмы на молекулярном уровне
К.А.Темирязев	Раскрыл закономерности фотосинтеза

Биология – как наука.

Часть А.

1.Биология как наука изучает 1) общие признаки строения растений и животных; 2) взаимосвязь живой и неживой природы; 3) процессы, происходящие в живых системах; 4) происхождение жизни на Земле.

2.И.П. Павлов в своих работах по пищеварению применял метод исследования: 1) исторический; 2) описательный; 3) экспериментальный; 4) биохимический.

3.Предположение Ч.Дарвина о том, что у каждого современного вида или группы видов были общие предки – это 1) теория; 2) гипотеза; 3) факт; 4) доказательство.

4.Эмбриология изучает 1) развитие организма от зиготы до рождения; 2) строение и функции яйцеклетки; 3) послеродовое развитие человека; 4) развитие организма от рождения до смерти.

5.Количество и форма хромосом в клетке устанавливается методом исследования 1) биохимическим; 2) цитологическим; 3) центрифугированием; 4) сравнительным.

6.Селекция как наука решает задачи 1) создание новых сортов растений и пород животных; 2) сохранение биосферы; 3) создание агроценозов; 4) создание новых удобрений.

7.Закономерности наследования признаков у человека устанавливаются методом 1) экспериментальным; 2) гибридологическим; 3) генеалогическим; 4) наблюдения.

8.Специальность ученого, изучающего тонкие структуры хромосом, называется: 1) селекционер; 2) цитогенетик; 3) морфолог; 4) эмбриолог.

9.Систематика – это наука, занимающаяся 1) изучением внешнего строения организмов; 2) изучением функций организма 3) выявлением связей между организмами; 4) классификацией организмов.

10.Способность организма отвечать на воздействия окружающей среды называют: 1) воспроизведением; 2) эволюцией; 3) раздражимостью; 4) нормой реакции.

11.Обмен веществ и превращение энергии – это признак, по которому: 1) устанавливают сходство тел живой и неживой природы; 2) живое можно отличить от неживого; 3) одноклеточные организмы отличаются от многоклеточных; 4) животные отличаются от человека.

12.Для живых объектов природы, в отличие от неживых тел, характерно: 1) уменьшение веса; 2) перемещение в пространстве; 3) дыхание; 4) растворение веществ в воде.

13.Возникновение мутаций связано с таким свойством организма, как: 1) наследственность; 2) изменчивость; 3) раздражимость; 4) самовоспроизведение.

14.Фотосинтез, биосинтез белка – это приметы: 1) пластического обмена веществ; 2) энергетического обмена веществ; 3) питания и дыхания; 4) гомеостаза.

15.На каком уровне организации живого происходят генные мутации: 1) организменном; 2) клеточном; 3) видовом; 4) молекулярном.

16.Строение и функции молекул белка изучают на уровне организации живого:1) организменном; 2) тканевом; 3) молекулярном; 4) популяционном.

17.На каком уровне организации живого осуществляется в природе круговорот веществ?

1) клеточном; 2) организменном; 3) популяционно – видовом; 4) биосферном.

18.Живое от неживого отличается способностью: 1) изменять свойства объекта под воздействием среды; 2) участвовать в круговороте веществ; 3) воспроизводить себе подобных; 4) изменять размеры объекта под воздействием среды.

19.Клеточное строение – важный признак живого, характерный для:1) бактериофагов; 2)вирусов; 3) кристаллов; 4) бактерий.

20.Поддержание относительного постоянства химического состава организма называется:

1) метаболизм; 2) ассимиляция; 3) гомеостаз; 4) адаптация.

21.Одергивание руки от горячего предмета – это пример: 1) раздражимости;2) способности к адаптации; 3) наследования признаков от родителей; 4) саморегуляции.

22.Какой из терминов является синонимом понятия «обмен веществ»:1) анаболизм; 2) катаболизм; 3) ассимиляция; 4) метаболизм.

23.Роль рибосом в процессе биосинтеза белка изучают на уровне организации живого:

1) организменном; 2) клеточном; 3) тканевом; 4) популяционном.

24.На каком уровне организации происходит реализация наследственной информации:

1) биосферном; 2) экосистемном; 3) популяционном; 4) организменном.

25.Уровень, на котором изучают процессы биогенной миграции атомов называется:

1) биогеоценотический; 2) биосферный; 3) популяционно – видовой; 4) молекулярно – генетический.

26. На популяционно – видовом уровне изучают: 1) мутации генов; 2) взаимосвязи организмов одного вида; 3) системы органов; 4) процессы обмена веществ в организме.

27.Какая из перечисленных биологических систем образует наиболее высокий уровень жизни?

1) клетка амебы; 2) вирус оспы; 3) стадо оленей; 4) природный заповедник.

28.Какой метод генетики используют для определения роли факторов среды в формировании фенотипа человека? 1) генеалогический; 2) биохимический; 3) палеонтологический;

4) близнецовый.

29.Генеалогический метод используют для 1) получение генных и геномных мутаций; 2) изучение влияния воспитания на онтогенез человека; 3) исследования наследственности и изменчивости человека; 4) изучения этапов эволюции органического мира.

30. Какая наука изучает отпечатки и окаменелости вымерших организмов? 1) физиология; 2) экология; 3) палеонтология; 4) селекция.

31.Изучением многообразия организмов, их классификацией занимается наука 1) генетика;

2) систематика; 3) физиология; 4) экология.

32.Развитие организма животного от момента образования зиготы до рождения изучает наука

1) генетика; 2) физиология; 3) морфология; 4) эмбриология.

33.Какая наука изучает строение и функции клеток организмов разных царств живой природы?

1) экология; 2) генетика; 3) селекция; 4) цитология.

34.Сущность гибридологического метода заключается в 1) скрещивании организмов и анализе потомства; 2) искусственном получении мутаций; 3) исследовании генеалогического древа; 4) изучении этапов онтогенеза.

35.Какой метод позволяет избирательно выделять и изучать органоиды клетки? 1) скрещивание;

2) центрифугирование; 3) моделирование; 4) биохимический.

36.Какая наука изучает жизнедеятельность организмов? 1) биогеография; 2) эмбриология; 3) сравнительная анатомия; 4) физиология.

37.Какая биологическая наука исследует ископаемые остатки растений и животных?

1) систематика; 2) ботаника; 3) зоология; 4) палеонтология.

38.С какой биологической наукой связана такая отрасль пищевой промышленности, как сыроделие?

1) микологией; 2) генетикой; 3) биотехнологией; 4) микробиологией.

39.Гипотеза – это 1) общепринятое объяснение явления; 2) то же самое, что и теория; 3) попытка объяснить специфическое явление; 4) устойчивые отношения между явлениями в природе.

40.Выберите правильную последовательность этапов научного исследования

1) гипотеза-наблюдение-теория-эксперимент; 2) наблюдение-эксперимент-гипотеза-теория; 3) наблюдение-гипотеза-эксперимент-теория; 4) гипотеза-эксперимент-наблюдение-закон.

41.Какой метод биологических исследований самый древний? 1) экспериментальный; 2) сравнительно-описательный; 3) мониторинг; 4) моделирование.

42.Какая часть микроскопа относится к оптической системе? 1) основание; 2) тубусодержатель; 3) предметный столик; 4) объектив.

43.Выберите правильную последовательность прохождения световых лучей в световом микроскопе

1) объектив-препарат-тубус-окуляр; 2) зеркало-объектив-тубус-окуляр; 3) окуляр-тубус-объектив-зеркало; 4) тубус-зеркало-препарат-объектив.

44.Пример какого уровня организации живой материи представляет собой участок соснового леса?

1) организменный; 2) популяционно-видовой; 3) биогеоценотический; 4) биосферный.

45.Что из перечисленного не является свойством биологических систем? 1) способность отвечать на стимулы окружающей среды; 2) способность получать энергию и использовать ее; 3) способность к воспроизведению; 4) сложная организация.

46.Какая наука изучает в основном надорганизменные уровни организации живой материи?

1) экология; 2) ботаника; 3) эволюционное учение; 4) биогеография.

47.На каких уровнях организации находится хламидомонада? 1) только клеточном; 2) клеточном и тканевом; 3) клеточном и организменном; 4) клеточном и популяционно-видовом.

48.Биологические системы являются 1) изолированными; 2) закрытыми; 3) замкнутыми; 4) открытыми.

49.Какой метод следует использовать для изучения сезонных изменений в природе? 1) измерение; 2) наблюдение; 3) эксперимент; 4) классификацию.

50.Созданием новых сортов полиплоидных растений пшеницы занимается наука 1) селекция; 2) физиология; 3) ботаника; 4) биохимия.

Часть В. (выбрать три правильных ответа)

В1.Укажите три функции, которые выполняет современная клеточная теория 1) экспериментально подтверждает научные данные о строении организмов; 2) прогнозирует появление новых фактов, явлений; 3) описывает клеточное строение разных организмов; 4) систематизирует, анализирует и объясняет новые факты о клеточном строении организмов; 5) выдвигает гипотезы о клеточном строении всех организмов; 6) создает новые методы исследования клетки.

В2.Выберите процессы происходящие на молекулярно – генетическом уровне: 1) репликация ДНК; 2) наследование болезни Дауна; 3) ферментативные реакции; 4) строение митохондрий; 5) структура клеточной мембраны; 6) кровообращение.

Часть В. (уставить соответствие)

В3.Соотнесите характер адаптации организмов с условиями, к которым они вырабатывались:

Адаптации Уровни жизни

А) яркая окраска самцов павианов 1)защита от хищников

Б) пятнистая окраска молодых оленей 2)поиск полового партнера

В) борьба двух лосей

Г) сходство палочников с сучками

Д) ядовитость пауков

Е) сильный запах у кошек

Часть С.

1.Какие приспособления растений обеспечивают им размножение и расселение?

2.Что общего и в чем заключаются различия между разными уровнями организации жизни?

3.Распределите уровни организации живой материи по принципу иерархичности. В основе какой системы лежит тот же самый принцип иерархичности? Какие отрасли биологии изучают жизнь на каждом из уровней.?

4.Каковы, по вашему мнению, степень ответственности ученых за социальные и моральные последствия их открытий?

В настоящее время в состав биологии включают целый ряд наук, которые можно систематизи­ровать по таким критериям: по предмету и преобладающим методам исследования и по изучаемо­му уровню организации живой природы . По предмету исследования биологические науки делят на бактериологию, ботанику, вирусологию, зоологию, микологию.

Ботаника - это биологическая наука, комплексно изучающая растения и растительный по­кров Земли. Зоология - раздел биологии, наука о многообразии, строении, жизнедеятельности, распространении и взаимосвязи животных со средой обитания, их происхождении и развитии. Бактериология - биологическая наука, изучающая строение и жизнедеятельность бактерий, а также их роль в природе. Вирусология - биологическая наука, изучающая вирусы. Основным объектом микологии являются грибы, их строение и особенности жизнедеятельности. Лихеноло­гия - биологическая наука, изучающая лишайники. Бактериология, вирусология и некоторые аспекты микологии часто рассматриваются в составе микробиологии - раздела биологии, науке о микроорганизмах (бактериях, вирусах и микроскопических грибах). Систематика, или так­сономия, - биологическая наука, которая описывает и классифицирует по группам все живые и вымершие существа.

В свою очередь, каждая из перечисленных биологических наук подразделяется на биохимию, морфологию, анатомию, физиологию, эмбриологию, генетику и систематику (растений, живот­ных или микроорганизмов). Биохимия - это наука о химическом составе живой материи, хи­мических процессах, происходящих в живых организмах и лежащих в основе их жизнедеятель­ности. Морфология - биологическая наука, изучающая форму и строение организмов, а также закономерности их развития. В широком смысле она включает в себя цитологию, анатомию, гистологию и эмбриологию. Различают морфологию животных и растений. Анатомия - это раз­дел биологии (точнее - морфологии), наука, изучающая внутреннее строение и форму отдельных органов, систем и организма в целом. Анатомия растений рассматривается в составе ботаники, анатомия животных - в составе зоологии, а анатомия человека является отдельной наукой. Фи­зиология - биологическая наука, изучающая процессы жизнедеятельности растительных и жи­вотных организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток. Существуют физиология растений, животных и человека. Эмбриология (биология развития) - раздел биологии, наука об индивидуальном развитии организма, в том числе развитии зародыша.

Объектом генетики являются закономерности наследственности и изменчивости. В настоящее время это одна из наиболее динамично развивающихся биологических наук.

По изучаемому уровню организации живой природы выделяют молекулярную биологию, ци­тологию, гистологию, органологию, биологию организмов и надорганизменных систем. Молеку­лярная биология является одним из наиболее молодых разделов биологии, наука, изучающая, в частности, организацию наследственной информации и биосинтез белка. Цитология, или кле­точная биология, - биологическая наука, объектом изучения которой являются клетки как одноклеточных, так и многоклеточных организмов. Гистология - биологическая наука, раздел морфологии, объектом которой является строение тканей растений и животных. К сфере органо­логии относят морфологию, анатомию и физиологию различных органов и их систем.

Биология организмов включает все науки, предметом которых являются живые организмы, например, этологию - науку о поведении организмов.

Биология надорганизменных систем подразделяется на биогеографию и экологию. Распростра­нение живых организмов изучает биогеография, тогда как экология - организацию и функцио­нирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы.

По преобладающим методам исследования можно выделить описательную (например, морфо­логию), экспериментальную (например, физиологию) и теоретическую биологию.

Выявление и объяснение закономерностей строения, функционирования и развития живой природы на различных уровнях ее организации является задачей общей биологии. К ней относят биохимию, молекулярную биологию, цитологию, эмбриологию, генетику, экологию, эволюци­онное учение и антропологию. Эволюционное учение изучает причины, движущие силы, меха­низмы и общие закономерности эволюции живых организмов. Одним из его разделов является палеонтология - наука, предметом которой являются ископаемые останки живых организмов. Антропология - раздел общей биологии, наука о происхождении и развитии человека как био­логического вида, а также разнообразии популяций современного человека и закономерностях их взаимодействия.

Прикладные аспекты биологии отнесены к сфере биотехнологии, селекции и других быстро- развивающихся наук. Биотехнологией называют биологическую науку, изучающую использо­вание живых организмов и биологических процессов в производстве. Она широко применяется в пищевой (хлебопечение, сыроделие, пивоварение и др.) и фармацевтической промышленностях (получение антибиотиков, витаминов), для очистки вод и т. п. Селекция - наука о методах соз­дания пород домашних животных, сортов культурных растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами. Под селекцией понимают и сам процесс изменения живых ор­ганизмов, осуществляемый человеком для своих потребностей.

Прогресс биологии тесно связан с успехами других естественных и точных наук, таких как физика, химия, математика, информатика и др. Например, микроскопирование, ультразвуковые исследования (УЗИ), томография и другие методы биологии основываются на физических зако­номерностях, а изучение структуры биологических молекул и процессов, происходящих в живых системах, было бы невозможным без применения химических и физических методов. Примене­ние математических методов позволяет, с одной стороны, выявить наличие закономерной связи между объектами или явлениями, подтвердить достоверность полученных результатов, а с дру­гой - смоделировать явление или процесс. В последнее время все большее значение в биологии приобретают компьютерные методы, например моделирование. На стыке биологии и других наук возник целый ряд новых наук, таких как биофизика, биохимия, бионика и др.

Биология - наука о жизни. В настоящее время она представляет собой комплекс наук о живой природе. Объектом изучения биологии являются живые организмы - растения и животные. и изучают многообразие видов, строение тела и функции органов, развитие, распространение, их сообщества, эволюцию.

Первые сведения о живых организмах начал накапливать еще первобытный человек. Живые организмы доставляли ему пищу, материал для одежды и жилища. Уже в то время человек не мог обойтись без знаний о свойствах растений, местах их произрастания, сроках созревания плодов и семян, о местах обитания и повадках животных, на которых охотился, хищниках и ядовитых животных, которые могли угрожать его жизни.

Так постепенно накапливались сведения о живых организмах. Приручение животных и начало возделывания растений потребовали более глубоких сведений о живых организмах.

Первые основатели

Значительный фактический материал о живых организмах был собран великим врачом Греции - Гиппократом (460-377г. до н.э.). Им собраны сведения о строении животных и человека, дано описание костей, мышц, сухожилий, головного и спинного мозга.

Первый большой труд по зоологии принадлежит греческому естествоиспытателю Аристотелю (384-322г. до н.э.). Он описал более 500 видов животных. Аристотель интересовался строением и образом жизни животных, он заложил основы зоологии.

Первая работа по систематизации знаний о растениях (ботаника ) выполнена Теофрастом (372-287г. до н.э.).

Расширением знаний о строении человеческого тела (анатомия) древняя наука обязана врачу Галену (130-200г. до н.э.), производившему вскрытия обезьян и свиней. Труды его оказывали влияние на естествознание и медицину в течение нескольких веков.

В эпоху средневековья под гнетом церкви наука развивалась очень медленно. Важным рубежом в развитии науки явилась эпоха Возрождения, начавшаяся в XVв. Уже в XVIIIв. развивались как самостоятельные науки ботаника, зоология, анатомия человека, физиология.

Основные вехи в изучении органического мира

Постепенно накапливались сведения о многообразии видов, строении тела животных и человека, индивидуальном развитии, функциях органов растений и животных. На протяжении многовековой истории биологии крупнейшими вехами в изучении органического мира можно назвать:

• Введение принципов систематики, предложенных К.Линнеем;
• изобретение микроскопа;
• создание Т.Шванном клеточной теории;
• утверждение эволюционного учения Ч.Дарвина;
• открытие Г.Менделем основных закономерностей наследственности;
• применение электронного микроскопа для биологических исследований;
• расшифровка генетического кода;
• создание учения о биосфере.

К настоящему времени науке известно около 1 500 000 видов животных и около 500 000 видов растений. Изучение многообразия растений и животных, особенностей их строения и жизнедеятельности имеет большое значение. Биологические науки являются базой для развития растениеводства, животноводства, медицины, бионики, биотехнологии.

Одними из древнейших биологических наук являются анатомия и физиология человека, составляющие теоретический фундамент медицины. Каждому человеку следует иметь представление о строении и функциях своего организма, чтобы в случае необходимости уметь оказать первую помощь, сознательно беречь свое здоровье и выполнять гигиенические правила.

На протяжении веков ботаника, зоология, анатомия, физиология разрабатывались учеными как самостоятельные, изолированные науки. Лишь в XIXв. были обнаружены закономерности, общие для всех живых существ. Так возникли науки, изучающие общие закономерности жизни. К ним относятся:

• Цитология - наука о клетке;
• генетика - наука об изменчивости и наследственности;
• экология - наука о взаимоотношениях организма со средой и в сообществах организмов;
• дарвинизм - наука об эволюции органического мира и другие.

В учебном курсе они составляют предмет общей биологии.

Биология

курс лекций для студентов,

обучающихся на русском языке

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Рязанский государственный медицинский университет

им.акад. И.П.Павлова

Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»

Кафедра гистологии и биологии

Калыгина Т.А. Брызгалина Л.И. Шутов В.И.

Биология

курс лекций для студентов,

доцент, к.б.н. Брызгалина Л.И.

доцент, к.м.н. Шутов В.И.

Рецензенты: Ендолов В.В., профессор, зав. кафедрой ана-

томии, физиологии и гигиены человека Ря-

занского государственного университета им.

С.Есенина

Дармограй В.Н., профессор, зав. кафедрой

фармакогнозии с курсом ботаники.

Ил.20, библиогр.8 ББК 28.0

УДК 57(075.8)

© Т.А.Калыгина,

Л.И.Брызгалина,

Шутов В.И.

© ГОУ ВПО Ряз. ГМУ.2008

Современная биология, являясь фундаментальной дисциплиной, играет первостепенную роль в профессиональной подготовке различных специалистов, в том числе и врачей.

В области медицинского образования широкая биологическая подготовка студентов необходима для получения ими фундаментальных знаний в области биологии и медицины, ориентирована на человека и отвечает запросам практической медицины.

Главная цель данной работы – формирование целостного представления об основах биологии с учётом современных достижений этой быстро развивающейся отрасли науки и оказание помощи студентам - иностранцам 1 курса в усвоении теоретических знаний для достижения ими нужного уровня в познании учебного материала.

Материал данного курса лекций излагается в традиционной последовательности в соответствии с положением о теории биологических систем и представлениями об уровнях организации живой природы. Разбит материал на 16 тем и включает цитологию, молекулярную биологию, размножение и развитие организмов, общую и медицинскую генетику, теорию эволюции и антропогенез.

Изложен основной теоретический материал, изучаемый на первом курсе иностранными студентами специальности «лечебное дело», «стоматология», «фармация».

Введение в науку биология

План

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).

План

1.Клеточная теория.

2.Строение клетки.

3.Эволюция клетки.

Клеточная теория.

В 1665г. Р.Гук впервые обнаружил растительные клетки. В 1674г. А.Левенгук открыл животную клетку. В 1839г. Т.Шванн и М.Шлейден сформулировали клеточную теорию. Основным положением клеточной теории было то, что клетка является структурной и функциональной основой живых систем. Но они ошибочно считали, что клетки образуются из бесструктурного вещества. В 1859г. Р.Вирхов доказал, что новые клетки образуются лишь путем деления предшествующих.

Основные положения клеточной теории:

1)Клетка является структурной и функциональной единицей всего живого. Все живые организмы состоят из клеток.

2)Все клетки в основном сходны по химическому составу и обменным процессам.

3)Новые клетки образуются путем деления уже существующих.

4)Все клетки одинаковым образом хранят и реализуют наследственную информацию.

5)Жизнедеятельность многоклеточного организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

Строение клетки

По строению выделяют 2 типа клеток:

Прокариоты

Эукариоты

К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Прокариоты от эукариот отличаются следующим: у них нет мембранных органелл, имеющихся в эукариотической клетке (митохондрий, эндоплазматической сети, лизосом, комплекса Гольджи, хлоропластов).

Самое же важное отличие заключается в том, что у них нет окруженного мембраной ядра. ДНК прокариот представлена одной свернутой кольцевой молекулой. У прокариот отсутствуют и центриоли клеточного центра, поэтому они никогда не делятся митозом. Для них характерен амитоз – прямое быстрое деление.

Эукариотические клетки – это клетки одноклеточных и многоклеточных организмов. Они состоят из трех главных составных частей:

Клеточной мембраны, окружающей клетку и отделяющей ее от внешней среды;

Цитоплазмы, содержащей воду, минеральные соли, органические соединения, органеллы и включения;

Ядра, в котором находится генетический материал клетки.

Наружная клеточная мембрана

1 – полярная головка молекулы фосфолипида

2 – жирнокислотный хвост молекулы фосфолипида

3 – интегральный белок

4 – периферический белок

5 – полуинтегральный белок

6 – гликопротеин

7 - гликолипид

Наружная клеточная мембрана присуща всем клеткам (животным и растительным), имеет толщину около 7,5 (до 10) нм и состоит из молекул липидов и белка.

В настоящее время распространена жидкостно-мозаичная модель построения клеточной мембраны. Согласно этой модели молекулы липидов расположены в два слоя, причем своими водоотталкивающими концами (гидрофобными – жирорастворимыми) они обращены друг к другу, а водорастворимыми (гидрофильными) – к периферии. В липидный слой встроены белковые молекулы. Некоторые из них находятся на внешней или внутренней поверхности липидной части, другие – частично погружены или пронизывают мембрану насквозь.

Функции мембран:

Защитная, пограничная, барьерная;

Транспортная;

Рецепторная – осуществляется за счет белков – рецепторов, которые обладают избирательной способностью к определенным веществам (гормонам, антигенам и др.), вступают с ними в химические взаимодействия, проводят сигналы внутрь клетки;

Участвуют в образовании межклеточных контактов;

Обеспечивают движение некоторых клеток (амебовидное движение).

У животных клеток сверху наружной клеточной мембраны имеется тонкий слой гликокаликса. Это комплекс углеводов с липидами и углеводов с белками. Гликокаликс участвует в межклеточных взаимодействиях. Точно такое же строение имеют цитоплазматические мембраны большинства органелл клетки.

У растительных клеток снаружи от цитоплазматической мембраны. расположена клеточная стенка, состоящая из целлюлозы.

Транспорт веществ через цитоплазматическую мембрану.

Существуют два основных механизма для поступления веществ в клетку или выхода из клетки наружу:

1.Пассивный транспорт.

2.Активный транспорт.

Пассивный транспорт веществ происходит без затраты энергии. Примером такого транспорта является диффузия и осмос, при которых движение молекул или ионов осуществляется из области с высокой концентрацией в область с меньшей концентрацией, например, молекул воды.

Активный транспорт – при этом виде транспорта молекулы или ионы проникают через мембрану против градиента концентрации, для чего необходима энергия. Примером активного транспорта служит натрий-калиевый насос, который активно выкачивает натрий из клетки и поглощает ионы калия из внешней среды, перенося их в клетку. Насос – это особый белок мембраны, приводит его в движение АТФ.

Активный транспорт обеспечивает поддержание постоянства объема клетки и мембранного потенциала.

Транспорт веществ может осуществляться путем эндоцитоза и экзоцитоза.

Эндоцитоз – проникновение веществ в клетку, экзоцитоз – из клетки.

При эндоцитозе плазматическая мембрана образует впячивание или выросты, которые затем обволакивают вещество и отшнуровываясь, превращаются в пузырьки.

Различают два типа эндоцитоза:

1)фагоцитоз- поглощение твердых частиц (клетки фагоциты),

2)пиноцитоз – поглощение жидкого материала. Пиноцитоз характерен для амебоидных простейших.

Путем экзоцитоза различные вещества выводятся из клеток: из пищеварительных вакуолей удаляются непереваренные остатки пищи, из секреторных клеток выводится их жидкий секрет.

Цитоплазма – (цитоплазма + ядро образуют протоплазму). Цитоплазма состоит из водянистого основного вещества (цитоплазматический матрикс, гиалоплазма, цитозоль) и находящихся в нем разнообразных органелл и включений.

Включения– продукты жизнедеятельности клеток. Выделяют 3 группы включений – трофического, секреторного (клетки желез) и специального (пигмент) значения.

Органеллы – это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке определенные функции.

Выделяют органеллы общего значения и специальные. Специальные встречаются в большинстве клеток, но в значительном количестве присутствуют только в клетках, выполняющих определенную функцию. К ним относятся микроворсинки эпителиальных клеток кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, жгутики, миофибриллы (обеспечивающие сокращение мышц и др.).

К органеллам общего значения относят ЭПС, комплекс Гольджи, митохондрии, рибосомы, лизосомы, центриоли клеточного центра, пероксисомы, микротрубочки, микрофиламенты. В растительных клетках – пластиды, вакуоли. Органеллы общего значения можно подразделить на органеллы, имеющие мембранное и немембранное строение.

Органеллы, имеющие мембранное строение бывают двумембранные и одномембранные. К двумембранным относят митохондрии и пластиды. К одномембранным – эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоли.

Органеллы, не имеющие мембран: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты.

Митохондрии– это органеллы округлой или овальной формы. Они состоят из двух мембран: внутренней и наружной. Внутренняя мембрана имеет выросты – кристы, которые разделяют митохондрию на отсеки. Отсеки заполнены веществом – матриксом. В матриксе содержатся ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, соли кальция и магния. Здесь происходит автономный биосинтез белка. Основной же функцией митохондрий является синтез энергии и накопления ее в молекулах АТФ. Новые митохондрии образуются в клетке в результате деления старых.

Пластиды– органеллы, встречающиеся преимущественно в растительных клетках. Они бывают трех типов: хлоропласты, содержащие пигмент зеленого цвета; хромопласты (пигменты красного, желтого, оранжевого цвета); лейкопласты (бесцветные).

Хлоропласты благодаря зеленому пигменту хлорофиллу, способны синтезировать органические вещества из неорганических, используя энергию солнца.

Хромопласты придают яркую окраску цветам и плодам.

Лейкопласты способны накапливать запасные питательные вещества: крахмал, липиды, белки и др.

Эндоплазматическая сеть(ЭПС) представляет собой сложную систему вакуолей и каналов, которые ограничены мембранами. Различают гладкую (агранулярную) и шероховатую (гранулярную) ЭПС. Гладкая не имеет на своей мембране рибосом. В ней происходит синтез липидов, липопротеидов, накопление и выведение из клетки ядовитых веществ. Гранулярная ЭПС имеет рибосомы на мембранах, в которых синтезируются белки. Затем белки поступают в комплекс Гольджи, а оттуда наружу.

Комплекс Гольджи (аппарат Гольджи) представляет собой стопку уплощенных мембранных мешочков – цистерн и связанную с ними систему пузырьков. Стопка цистерн называется диктиосома.

Функции комплекса Гольджи: модификация белков, синтез полисахаридов, транспорт веществ, формирование клеточной мембраны, образование лизосом.

Лизосомы– представляют собой окруженные мембраной пузырьки, содержащие ферменты. Они осуществляют внутриклеточное расщепление веществ и подразделяются на первичные и вторичные. Первичные лизосомы содержат ферменты в неактивной форме. После попадания в органеллы различных веществ происходит активация ферментов и начинается процесс переваривания – это вторичные лизосомы.

Пероксисомы имеют вид пузырьков, ограниченных одной мембраной. Они содержат ферменты, которые расщепляют токсичную для клеток перекись водорода.

Вакуоли– это органеллы клеток растений, содержащие клеточный сок. В клеточном соке могут находиться запасные питательные вещества, пигменты, отходы жизнедеятельности. Вакуоли участвуют в создании тургорного давления, в регуляции водно – солевого обмена.

Рибосомы– органеллы, состоящие из большой и малой субъединиц. Могут находиться или на ЭПС или же располагаться свободно в клетке, образуя полисомы. Они состоят из рРНК и белка и образуются в ядрышке. В рибосомах происходит биосинтез белка.

Клеточный центр– встречается в клетках животных, грибов, низших растений и отсутствует у высших растений. Он состоит из двух центриолей и лучистой сферы. Центриоль имеет вид полого цилиндра, стенка которого состоит из 9 триплетов микротрубочек. При делении клетки образуют нити митотического веретена, обеспечивающие расхождение хроматид в анафазе митоза и гомологичных хромосом при мейозе.

Микротрубочки– трубчатые образования различной длины. Входят в состав центриолей, митотического веретена, жгутиков, ресничек, выполняют опорную функцию, способствуют перемещению внутриклеточных структур.

Микрофиламенты– нитчатые тонкие образования, расположенные по всей цитоплазме, но особенно много их под клеточной оболочкой. Вместе с микротрубочками образуют цитоскелет клетки, обусловливают ток цитоплазмы, внутриклеточные перемещения пузырьков, хлоропластов и др. органелл.

Эволюция клетки

Существуют два этапа в эволюции клетки:

1.Химический.

2.Биологический.

Химический этап начался около 4,5 млрд лет назад. Под действием ультрафиолетового излучения, радиации, грозовых разрядов (источники энергии) происходило образование сначала простых химических соединений – мономеров, а затем более сложных – полимеров и их комплексов (углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот).

Биологический этап образования клеток начинается с появления пробионтов – обособленных сложных систем, способных к самовоспроизведению, саморегуляции и естественному отбору. Пробионты появились 3-3,8 млрд. лет назад. От пробионтов произошли первые прокариотические клетки – бактерии. Эукариотические клетки произошли от прокариот (1-1,4 млрд. лет назад) двумя путями:

1)Путем симбиоза нескольких прокариотических клеток – это симбиотическая гипотеза;

2)Путем инвагинации клеточной мембраны. Суть инвагинационной гипотезы заключается в том, что прокариотическая клетка содержала несколько геномов, прикрепленных к клеточной оболочке. Затем происходила инвагинация – впячивание, отшнуровка клеточной мембраны, и эти геномы превращались в митохондрии, хлоропласты, ядро.

Дифференциация и специализация клеток.

Дифференциация – это формирование различных типов клеток и тканей в ходе развития многоклеточного организма. Одна из гипотез связывает дифференцировку с экспрессией генов в процессе индивидуального развития. Экспрессия – процесс включения тех или иных генов в работу, который создает условия для направленного синтеза веществ. Поэтому происходит развитие и специализация тканей в том или ином направлении.

План

1.Строение и функции клеточного ядра.

2.Хроматин и хромосомы.

3.Клеточный и митотический циклы клетки.

4.Пролиферация клеток.

Строение и функции клеточного ядра.

Ядро – обязательная часть эукариотической клетки. Главная функция ядра – хранение генетического материала в форме ДНК и передача ее дочерним клеткам при клеточном делении. Кроме того, ядро управляет белковыми синтезами, контролирует все процессы жизнедеятельности клетки. (в растительной клетке ядро описал Р.Броун в 1831г., в животной – Т.Шванн в 1838г.)

Большинство клеток имеет одно ядро, обычно округлой формы, реже неправильной формы.

Размеры ядра колеблются от 1мкм (у некоторых простейших) до 1мм (в яйцеклетках рыб, земноводных).

Встречаются двуядерные клетки (клетки печени, инфузорий) и многоядерные (в клетках поперечно – полосатых мышечных волокон, а так же в клетках ряда видов грибов и водорослей).

Некоторые клетки (эритроциты) – безъядерные, это редкое явление, носит вторичный характер.

В состав ядра входят:

1)ядерная оболочка;

2)кариоплазма;

3)ядрышко;

4)хроматин или хромосомы. Хроматин находится в неделящемся ядре, хромосомы – в митотическом ядре.

Оболочка ядра состоит из двух мембран (наружной и внутренней). Наружная ядерная мембрана соединяется с мембранными каналами ЭПС. На ней располагаются рибосомы.

В мембранах ядра имеются поры (3000-4000). Через ядерные поры происходит обмен различными веществами между ядром и цитоплазмой.

Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный раствор, который заполняет пространство между структурами ядра (хроматином и ядрышками). Она содержит ионы, нуклеотиды, ферменты.

Ядрышко, обычно шаровидной формы (одно или несколько), не окружено мембраной, содержит фибриллярные белковые нити и РНК.

Ядрышки – не постоянные образования, они исчезают в начале деления клетки и восстанавливаются после его окончания. Ядрышки имеются только в неделящихся клетках. В ядрышках происходит формирование рибосом, синтез ядерных белков. Сами же ядрышки образуются на участках вторичных перетяжек хромосом (ядрышковых организаторах). У человека ядрышковые организаторы находятся на 13,14,15,21 и 22 хромосомах.

Хроматин и хромосомы

Хроматин – это деспирализованная форма существования хромосом. В деспирализованном состоянии хроматин находится в ядре неделящейся клетке.

Хроматин и хромосомы взаимно переходят друг в друга. По химической организации как хроматин, так и хромосомы не отличаются. Химическую основу составляет дезоксирибонуклеопротеин – комплекс ДНК с белками. С помощью белков происходит многоуровневая упаковка молекул ДНК, при этом хроматин приобретает компактную форму. Например, в деспирализованном (вытянутом) состоянии длина молекулы ДНК хромосомы человека достигает около 6 см, что примерно в 1000 раз превышает диаметр ядра клетки. Несмотря на то, что в неделящихся клетках хроматин находится в деспирализованном состоянии, тем не менее отдельные его участки спирализованы, т.е. хроматин неоднороден по структуре.

Спирализованные участки хроматина называются гетерохроматин, а деспирализованные – эухроматин. На участках эухроматина идут процессы транскрипции (синтез иРНК).

Гетерохроматин – неактивный участок хроматина, здесь не происходит транскрипции.

В начале клеточного деления хроматин скручивается (спирализуется) и образует хромосомы, которые хорошо различимы в световой микроскоп. Значит, хромосома – суперспирализованный хроматин. Спирализация достигает своего максимума в метафазе митоза. Каждая метафазная хромосома состоит их двух сестринских хроматид. Хроматиды содержат одинаковые молекулы ДНК, которые образуются при удвоении (репликации) ДНК в синтетический период интерфазы. Хроматиды соединены друг с другом в области первичной перетяжки – центромеры. Центромеры делят хромосомы на два плеча. В зависимости от места расположения центромеры различают следующие типы хромосом:

1) метацентрические (равноплечие);

2) субметацентрические (неравноплечие);

3) акроцентрические (палочковидные);

4) спутничные (имеют вторичную перетяжку, которая отделяет небольшой участок хромосомы, называемый спутником).

Число, величина и форма хромосом в ядрах клеток являются важными знаками каждого вида. Набор хромосом соматических клеток данного вида называется кариотипом.

Жизненный цикл клетки

G1 – пресинтетический период

S – синтетический период

G2 – постинтетический период

G0 – период пролиферативного покоя

Клеточным циклом или жизненным циклом клетки называется совокупность процессов, происходящих в клетке от 1-го деления (появление ее в результате деления) до следующего деления или до смерти клетки.

Митотический цикл – период подготовки клетки к делению и само деление. Митотический цикл клетки состоит из интерфазы и митоза. Интерфаза разделена на 3 периода:

1. Пресинтетический или постмитотический.

2. Синтетический.

3. Постсинтетический или премитотический.

Продолжительность митотического цикла составляет от 10 до 50 часов. В пресинтетический период клетка выполняет свои функции, увеличивается в размерах, т.е. активно растет, увеличивается количество митохондрий, рибосом, идет синтез белков, нуклеотидов, накапливается энергия в виде АТФ, синтезируется РНК.

Хромосомы представляют собой тонкие хроматиновые нити, каждая состоит из одной хроматиды. Содержание генетического материала в клетке обозначают следующим образом: с - количество ДНК в одной хроматиде, n – набор хромосом.

Клетка в G 1 содержит диплоидный набор хромосом, каждая хромосома имеет одну хроматиду (2с ДНК 2n хромосом).

В S- периоде происходит репликация молекул ДНК и их содержание в клетке удваивается, каждая хромосома становится двухроматидной (т.е. хроматида достраивает себе подобную). Генетический материал становится 4с2п, центриоли клетки тоже удваиваются.

Продолжительность S- периода у млекопитающих 6-10 часов. Клетка продолжает выполнять свои специфические функции.

В G 2 - периоде клетка готовится к митозу: накапливается энергия, затухают все синтетические процессы, клетка прекращает выполнять основные функции, накапливаются белки для построения веретена деления. Содержание генетической информации не изменяется (4с2n). Продолжительность этого периода 3-6 часов.

Митоз – это непрямое деление, основной способ деления соматических клеток.

Митоз – непрерывный процесс и условно делится на 4 стадии: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Наиболее продолжительны первая и последняя. Длительность митоза 1-2 часа.

1. Профаза. В начале профазы центриоли расходятся к полюсам клетки, от центриолей начинают формироваться микротрубочки, которые тянутся от одного полюса к другому и по направлению к экватору клетки, образуя веретено деления. К концу профазы растворяются ядрышки, ядерная оболочка. К центромерам хромосом прикрепляются нити веретена деления, хромосомы спирализуются и устремляются к центру клетки. Содержание генетической информации при этом не изменяется (4с2n).

2.Метафаза. Длительность 2-10 мин. Короткая фаза, хромосомы располагаются на экваторе клетки, причем центромеры всех хромосом располагаются в одной плоскости – экваториальной. Между хроматидами появляются щели. В области центромер с двух сторон имеются небольшие дисковидные структуры – кинетохоры. От них так же, как и от центриолей отходят микротрубочки, которые располагаются между нитями веретена деления.

Существует точка зрения, что именно кинетохорные микротрубочки заставляют центромеры всех хромосом выстраиваться в области экватора. Это стадия наибольшей спирализации хромосом, когда их удобнее всего изучать. Содержание генетической информации при этом не изменяется (4с2n).

3. Анафаза длится 2-3 минуты, самая короткая стадия. В анафазе происходит расщепление центромер и разделение хроматид. После разделения одна хроматида (сестринская хромосома) начинает двигаться к одному полюсу, а другая половина – к другому.

Предполагается, что движение хроматид обусловлено скольжением кинетохорных трубочек по микротрубочкам центриолей. Именно микротрубочки генерируют силу, обуславливающую расхождение хроматид. По другой версии, нити веретена деления плавятся и увлекают за собой хроматиды.

В клетке находится два диплоидных набора хромосом- 4с4n (у каждого полюса 2с2n).

4. Телофаза. В телофазу формируются ядра дочерних клеток, хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре появляются ядрышки.

Цитокинез – деление цитоплазмы, происходит в конце телофазы.

В животных клетках цитоплазматическая мембрана впячивается внутрь. Клеточные мембраны смыкаются, полностью разделяя две клетки. В растительных клетках из мембран пузырьков Гольджи образуется клеточная пластинка, расположенная в экваториальной плоскости. Клеточная пластинка, разрастаясь полностью, разделяет две дочерние клетки. В каждой клетке 2с 2n.

Митоз

Значение митоза.

1.Поддержание постоянства числа хромосом. Митоз – наследственно равное деление.

Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении сестринских хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

2. Обеспечивание роста организма.

3.Замещение изношенных клеток, поврежденных тканей, регенерацию утраченных частей.

Так, у человека замещаются клетки кожи, эпителий кишечника, эпителий легких, клетки крови – всего в день 1011 клеток.

4. Митоз лежит в основе бесполого размножения.

Амитоз - прямое деление клетки путем перешнуровки ядра без спирализации чивается равномерное распределение генетического материала между дочерними ядрами. После амитотического деления клетки не могут митотически делиться. Амитозом делятся клетки при воспалительных процессах, злокачественном росте. Амитоз встречается в клетках некоторых специализированных тканей, например, в поперечно – полосатой мускулатуре, соединительной ткани.

Пролиферация клеток

Пролиферация - увеличение числа клеток путем митоза, которое приводит к росту и обновлению ткани. Интенсивность пролиферации регулируется веществами, которые вырабатываются как внутри клеток, так и вдали от клеток. Современные данные свидетельствуют о том, что одним из регуляторов пролиферации на клеточном уровне являются кейлоны. Кейлоны – гормоноподобные вещества, являющиеся полипептидами или гликопротеинами. Они образуются всеми клетками и внутри клеток высших организмов, обнаружены в различных жидкостях организма, в том числе и в моче. Кейлоны подавляют митотическую активность клеток. Так же они участвуют в регуляции роста тканей, заживлении ран, иммунных реакциях.

Гормональные механизмы – дистантные регуляторы пролиферации на организменном уровне. Например, уровень эритроцитов в высокогорных районах повышается за счет секреции в специализированных клетках почек гормона эритропоэтина. У жителей высокогорья количество эритроцитов больше, чем у людей, живущих на равнине.

Кроме того, существуют гипотезы о причинах, побуждающих клетку делиться. Например:

- объемная – клетка, достигнув определенного объема, делится. Изменяются ядерно–цитоплазматические отношения (от 1/6 до 1/69),

- гипотеза «митогенетических лучей». Делящиеся клетки стимулируют к митозу расположенные рядом клетки,

- гипотеза «раневых гормонов» . Поврежденные клетки выделяют особые вещества, способствующие митозу неповрежденных клеток.

Размножение организмов

План

1. Формы размножения живых организмов.

2. Гаметогенез.

Гаметогенез

Гаметогенез-развитие половых клеток - гамет. Развитиемужских половых клеток называется - сперматогенез , а женских – овогенез.

Сперматогенез

Овогенез (оогенез)

Cellules germinales primordiales- первичная зачатковая клетка; Ovogonie- овогонии; Ovocyte de premier ordre – овоцит первого порядка; Meiose 1 – мейоз 1; Ovocyte de deuxieme ordre –овоцит второго порядка; Premier globule polaire-первое направительное тельце; Meiose 11- мейоз 11; Second globule polaire- второе направительное тельце; Ovule (haploide)– яйцеклетка (гаплоидная); Ovaire-яичник; Follicule primaire-растущий фолликул; Follicule a maturite –зрелый фолликул; Ovulation- овуляция; Follicule rompu-разорвавшийся фолликул; Corps jaune- желтое тело.

Овогенез протекает в яичнике и включает периоды размножения, роста, созревания. В период размножения из зачатковых клеток гонобластов путем митозов увеличивается число диплоидных половых клеток – овогоний. Этот период завершается до рождения. Большая часть клеток гибнет.

Период роста – объем клеток увеличивается в сотни раз за счет накопления желтка и образуется овоцит I порядка. Происходит репликация ДНК (4с 2n).

Овоциты I порядка вступают в профазу I деления мейоза. Эта фаза у человека длится до полового созревания. С момента полового созревания происходит завершение первого деления мейоза и образуется маленькая клетка – направительное тельце и крупный овоцит II порядка (2с 1n). После второго деления мейоза овоцит II порядка снова делится и образуется 1 овотида (гаплоидная яйцеклетка) и направительное тельце. Первое направительное тельце тоже делится на два. Образующиеся направительные клетки затем исчезают.

Биология (от греческих слов bios - жизнь и logos - наука) - совокупность наук о живой природе. Биология изучает все проявления жизни, строение и функции живых существ и их сообществ, распространение, происхождение и развитие живых организмов, связи их друг с другом и с неживой природой.

Для живой природы характерны разные уровни организации ее структур, между которыми существует сложное соподчинение. Все живые организмы вместе с окружающей средой образуют биосферу, которая складывается из биогеоценозов. В них, в свою очередь, входят биоценозы, состоящие из популяций. Популяции составляют отдельные особи. Особи многоклеточных организмов состоят из органов и тканей, образованных различными клетками. Для каждого уровня организации жизни характерны свои закономерности. Жизнь на каждом уровне изучают соответствующие отрасли современной биологии.

Для изучения живой природы биологи применяют различные методы: наблюдение, позволяющее описать то или иное явление; сравнение, которое дает возможность установить закономерности, общие для разных явлений в живой природе; эксперимент, или опыт, когда исследователь сам искусственно создает ситуацию, помогающую выявить те или иные свойства биологических объектов. Исторический метод позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познавать процессы развития живой природы. Кроме этих основных методов применяется много других.

Биология берет свое начало в глубокой древности. Описания животных и растений, сведения об анатомии и физиологии человека и животных были необходимы для практической деятельности людей. Одними из первых попытки осмыслить и привести в систему явления жизни, обобщить накопленные биологические знания и представления сделали древнегреческие, а позже древнеримские ученые и врачи Гиппократ, Аристотель, Гален и другие. Эти воззрения, развитые учеными эпохи Возрождения, положили начало современным ботанике и зоологии, анатомии и физиологии и другим биологическим наукам.

В XVI-XVII вв. в научных исследованиях наряду с наблюдением и описанием стал широко применяться эксперимент. В это время блестящих успехов достигает анатомия. В трудах известных ученых XVI в. А. Везалия и М. Сервета были заложены основы представлений о строении кровеносной системы животных. Это подготовило великое открытие XVII в. - учение о кровообращении, созданное англичанином У. Гарвеем (1628). Через несколько десятилетий итальянец М. Мальпиги открыл при помощи микроскопа капилляры, что позволило понять путь крови от артерий к венам.

Создание микроскопа расширило возможности изучения живых существ. Открытия следовали одно за другим. Английский физик Р. Гук открывает клеточное строение растений, а голландец А. Левенгук - одноклеточных животных и микроорганизмы.

В XVIII в. было накоплено уже много знаний о живой природе. Назрела необходимость классифицировать все живые организмы, привести их в систему. В это время закладываются основы науки систематики. Важнейшим достижением в этой области была «Система природы» шведского ученого К. Линнея (1735).

Дальнейшее развитие получила физиология - наука о жизнедеятельности организмов, их отдельных систем, органов и тканей и процессах, протекающих в организме.

Англичанин Дж. Пристли показал в опытах на растениях, что они выделяют кислород (1771 -1778). Позже швейцарский ученый Ж. Сенебье установил, что растения под действием солнечного света усваивают углекислый газ и выделяют кислород (1782). Это были первые шаги на пути исследования центральной роли растений в преобразовании веществ и энергии в биосфере Земли, первый шаг в новой науке - физиологии растений.

А. Лавуазье и другие французские ученые выяснили роль кислорода в дыхании животных и образовании животного тепла (1787-1790). В конце XVIII в. итальянский физик Л. Галь-вани открыл «животное электричество», что привело в дальнейшем к развитию электрофизиологии. В это же время итальянский биолог Л. Спалланцани провел точные опыты, опровергавшие возможность самозарождения организмов.

В XIX в. в связи с развитием физики и химии в биологию проникают новые методы исследования. Богатейший материал для изучения природы дали сухопутные и морские экспедиции в малодоступные прежде районы Земли. Все это привело к формированию многих специальных биологических наук.

На рубеже века возникла палеонтология, изучающая ископаемые остатки животных и растений - свидетельства последовательного изменения - эволюции форм жизни в истории Земли. Основоположником ее был французский ученый Ж. Кювье.

Большое развитие получила эмбриология - наука о зародышевом развитии организма. Еще в XVII в. У. Гарвей сформулировал положение: «Все живое из яйца». Однако лишь в XIX в. эмбриология стала самостоятельной наукой. Особая заслуга в этом принадлежит ученому-естествоиспытателю К. М. Бэру, открывшему яйцо млекопитающих и обнаружившему общность плана строения зародышей животных разных классов.

В результате достижений биологических наук в первой половине XIX в. широко распространилась идея родства живых организмов, их происхождения в ходе эволюции. Первую целостную концепцию эволюции - происхождения видов животных и растений в результате их постепенного изменения от поколения к поколению - предложил Ж. Б. Ламарк.

Крупнейшим научным событием века стало эволюционное учение Ч. Дарвина (1859). Теория Дарвина оказала огромное влияние на все дальнейшее развитие биологии. Делаются новые открытия, подтверждающие правоту Дарвина, в палеонтологии (А. О. Ковалевский), в эмбриологии (А. О. Ковалевский), в зоологии, ботанике, цитологии, физиологии. Распространение эволюционной теории на представления о происхождении человека привело к созданию новой отрасли биологии - антропологии. На основе эволюционной теории немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель сформулировали биогенетический закон.

Еще одно выдающееся достижение биологии XIX в. - создание немецким ученым Т. Шванном клеточной теории, доказавшей, что все живые организмы состоят из клеток. Тем самым была установлена общность не только макроскопического (анатомического), но и микроскопического строения живых существ. Так возникла еще одна биологическая наука - цитология (наука о клетках) и как следствие ее - учение о строении тканей и органов - гистология.

В результате открытий французского ученого Л. Пастера (микроорганизмы являются причиной спиртового брожения и вызывают многие болезни) самостоятельной биологической дисциплиной стала микробиология. Работы Пастера окончательно опровергли представления о самозарождении организмов. Исследование микробной природы холеры птиц и бешенства млекопитающих привело Пастера к созданию иммунологии как самостоятельной биологической науки.

Существенный вклад в ее развитие внес в конце XIX в. русский ученый И. И. Мечников.

Во второй половине XIX в. многие ученые пытались умозрительно решить загадку наследственности, раскрыть ее механизм. Но только Г. Менделю удалось установить на опыте закономерности наследственности (1865). Так были заложены основы генетики, ставшей самостоятельной наукой уже в XX в.

В конце XIX в. были открыты митоз - деление клеток с точным и равным разделением хромосом между дочерними клетками и мейоз - образование из диплоидных клеток с двойным набором хромосом гаплоидных половых клеток - гамет с одинарным набором хромосом.

Важнейшее значение имело открытие вирусов русским ученым Д. И. Ивановским (1892).

В конце XIX в. большие успехи сделаны в биохимии. Швейцарский врач Ф. Мишер открыл нуклеиновые кислоты (1869), выполняющие, как было установлено в дальнейшем, функции хранения и передачи генетической информации. К началу XX в. было выяснено, что белки состоят из аминокислот, соединенных друг с другом, как показал немецкий ученый Э. Фишер, пептидными связями.

Физиология в XIX в. развивается в разных странах мира. Особенно существенными были работы французского физиолога К. Бернара, создавшего учение о постоянстве внутренней среды организма - гомеостазе. В Германии прогресс физиологии связан с именами И. Мюллера, Г. Гельмгольца, Э. Дюбуа-Реймона. Гельмгольц развил физиологию органов чувств, Дюбуа-Реймон стал основоположником изучения электрических явлений в физиологических процессах. Выдающийся вклад в развитие физиологии в конце XIX - начале XX в. внесли русские ученые: И. М. Сеченов, Н. Е. Введенский, И. П. Павлов, К. А. Тимирязев.

Генетика сформировалась как самостоятельная биологическая наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов. Еще из работ Менделя следовало, что существуют материальные единицы наследственности, впоследствии названные генами. Это открытие Менделя было оценено лишь в начале XX в. в результате исследований X. де Фриза в Голландии, Э. Чермака в Австрии, К. Корренса в Германии. Американский ученый Т. Морган, исследуя гигантские хромосомы мухи дрозофилы, пришел к выводу, что гены находятся в клеточных ядрах, в хромосомах. Он, а также другие ученые разработали хромосомную теорию наследственности. Тем самым генетика в значительной мере объединилась с цитологией (цитогенетика) и стал понятен биологический смысл митоза и мейоза.

С начала нашего века началось быстрое развитие биохимических исследований во многих странах мира. Основное внимание было уделено путям превращения веществ и энергии во внутриклеточных процессах. Было установлено, что эти процессы в принципе одинаковы у всех живых существ - от бактерий до человека. Универсальным посредником в превращении энергии в клетке оказалась аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Советский ученый В. А. Энгельгардт открыл процесс образования АТФ при поглощении клетками кислорода. Открытие и исследование витаминов, гормонов, установление состава и строения всех основных химических компонентов клетки выдвинули биохимию на одно из ведущих мест в ряду биологических наук.

Еще на рубеже XIX и XX вв. профессор Московского университета А. А. Колли поставил вопрос о молекулярном механизме передачи признаков по наследству. Ответ на вопрос дал в 1927 г. советский ученый Н. К. Кольцов, выдвинув матричный принцип кодирования генетической информации (см. Транскрипция, Трансляция).

Матричный принцип кодирования был разработан советским ученым Н. В. Тимофеевым-Ресовским и американским ученым М. Дельбрюком.

В 1953 г. американец Дж. Уотсон и англичанин Ф. Крик использовали этот принцип при анализе молекулярной структуры и биологических функций дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Так на основе биохимии, генетики и биофизики возникла самостоятельная наука - молекулярная биология.

В 1919 г. в Москве был основан первый в мире Институт биофизики. Эта наука исследует физические механизмы преобразования энергии и информации в биологических системах. Существенная проблема биофизики - выяснение роли различных ионов в жизни клетки. В этом направлении работали американский ученый Ж. Леб, советские исследователи Н. К. Кольцов, Д. Л. Рубинштейн. Эти исследования привели к установлению особой роли биологических мембран. Неравновесное распределение ионов натрия и калия по обе стороны мембраны клетки, как показали английские ученые А. Л. Ходжкин, Дж. Экле и А. Ф. Хаксли, является основой распространения нервного импульса.

Значительных успехов добились науки, изучающие индивидуальное развитие организмов - онтогенез. Были разработаны, в частности, методы искусственного партеногенеза.

В первой половине XX в. советский ученый В. И. Вернадский создал учение о биосфере Земли. В это же время В. Н. Сукачев заложил основы представлений о биогеоценозах.

Изучение взаимодействия отдельных особей и их совокупностей с окружающей средой привело к формированию экологии - науки о закономерностях взаимоотношений организмов со средой обитания (термин «экология» предложил в 1866 г. немецкий ученый Э. Геккель).

Самостоятельной биологической наукой стала этология, изучающая поведение животных.

В XX в. получила дальнейшее развитие теория биологической эволюции. Благодаря развитию палеонтологии и сравнительной анатомии было выяснено происхождение большинства крупных групп органического мира, вскрыты морфологические закономерности эволюции (советский ученый А. Н. Северцов). Огромное значение для развития эволюционной теории имел синтез генетики и дарвинизма (работы советского ученого С. С. Четверикова, английских ученых С. Райта, Р. Фишера, Дж. Б. С. Холдейна), приведший к созданию современного эволюционного учения. Ему посвящены труды американских ученых Ф. Г. Добржанского, Э. Майра, Дж. Г. Симпсона, англичанина Дж. Хаксли, советских ученых И. И. Шмалъ-гаузена, Н. В. Тимофеева-Ресовского, немецкого ученого Б. Ренша.

Советский ученый Н. И. Вавилов на основании достижений эволюционной теории и генетики и в результате собственных многолетних исследований создал теорию центров происхождения культурных растений. А. И. Опарин распространил эволюционные представления на «предбиологический» период существования Земли и выдвинул теорию происхождения жизни.

Зоологи и ботаники в XX в. продолжали изучение жизни животных и растений в различных условиях обитания. Большие успехи были достигнуты в изучении отдельных групп животных и растений - орнитологии (птицы), энтомологии (насекомые), герпетологии (пресмыкающиеся), альгологии (водоросли), лихенологии (лишайники) и др. Выдающийся вклад в развитие зоологии внесли советские ученые М. А. Мензбир, С. И. Огнев, А. Н. Формозов, В. А. Догель, Л. А. Зенкевич, К. И. Скрябин, М. С. Гиляров и другие; ботаники - М. И. Голенкин, К. И. Мейер, А. А. Уранов, Л. И. Курсанов, В. Л. Комаров и другие.

Физиология животных развивалась под сильным влиянием трудов советских ученых И. П. Павлова, Л. А. Орбели, А. А. Ухтомского, А. Ф. Самойлова, английского ученого Ч. Шеррингтона и многих других.

Основное внимание было уделено физиологии центральной нервной системы, механизмам передачи сигналов по нерву и с нерва на мышцу.

В результате изучения регуляции формообразования, роста и развития животных в отдельную биологическую дисциплину выделилась эндокринология - наука о гормонах, имеющая важное значение для медицины.

Советский ученый М. М. Завадовский выдвинул концепцию взаимодействия эндокринных органов по принципу обратных связей (см. Эндокринная система).

Физиология растений добилась успехов в познании природы фотосинтеза, изучении участвующих в нем пигментов, и прежде всего хлорофилла.

С выходом человека в космическое пространство появилась новая наука - космическая биология. Основная задача ее - жизнеобеспечение людей в условиях космического полета, создание искусственных замкнутых биоценозов на космических кораблях и станциях, поиск возможных проявлений жизни на других планетах, а также подходящих условий для ее существования.

В 70-е гг. возникла новая отрасль молекулярной биологии - генная инженерия, задача которой - активная и целенаправленная перестройка генов живых существ, их конструирование, т. е. управление наследственностью. В результате этих работ стало возможным введение генов, взятых из одних организмов или даже искусственно синтезированных, в клетки других организмов (например, введение гена, кодирующего синтез инсулина у животных, в клетки бактерий). Стала возможной гибридизация клеток разных видов - клеточная инженерия. Разработаны методы, позволяющие выращивать организмы из отдельных клеток и тканей (см. Культура клеток и тканей). Это открывает огромные перспективы в размножении копий - клонов ценных индивидуумов.

Все эти достижения имеют чрезвычайно важное практическое значение - они стали основой новой отрасли производства - биотехнологии. Уже сейчас осуществляется биосинтез лекарств, гормонов, витаминов, антибиотиков в промышленных масштабах. А в будущем таким путем мы сможем получить основные компоненты пищи - углеводы, белки, липиды. Использование солнечной энергии по принципу фотосинтеза растений в биоинженерных системах разрешит проблему обеспечения энергией основных потребностей людей.

Значение биологии в наши дни неизмеримо возросло и в связи с проблемой сохранения биосферы из-за бурного развития промышленности, сельского хозяйства, роста населения Земли.

Появилось важное практическое направление биологических исследований - изучение среды обитания человека в широком смысле и организация на этой основе рациональных способов ведения народного хозяйства, охраны природы.

Другое важнейшее практическое значение биологических исследований - использование их в медицине. Именно успехи и открытия в биологии определили современный уровень медицинской науки. С ними связан и дальнейший прогресс медицины. О многих задачах биологии, связанных со здоровьем людей, вы прочтете в нашей книге (см. Иммунитет, Бактериофаг, Наследственность и др.).

Биология в наши дни становится реальной производительной силой. По уровню биологических исследований можно судить о материально-техническом развитии общества.

Накоплению знаний в новых и классических областях биологии способствует применение новых методов и приборов, например появление электронной микроскопии.

В нашей стране растет число биологических научно-исследовательских институтов, биостанций, а также заповедников и национальных парков, играющих важную роль как «природные лаборатории».

Большое число биологов разных специальностей готовят высшие учебные заведения (см. Биологическое образование в СССР). Многие из вас пополнят в будущем многочисленный отряд специалистов, перед которым стоят задачи решения важных биологических проблем.