1. Определение
биологии как науки. Связь биологии
с другими науками. Значение биологии
для медицины. Определение понятия
«жизнь» на современном этапе
науки. Фундаментальные свойства
живого.
Биология (греч. bios- «жизнь»; logos — учение) — наука
о жизни (живой природе), одна из естественных
наук, предметом которой являются живые
существа и их взаимодействие с окружающей
средой. Биология изучает все аспекты
жизни, в частности, структуру, функционирование,
рост, происхождение, эволюцию и распределение
живых организмов на Земле. Классифицирует
и описывает живые существа, происхождение
их видов, взаимодействие между собой
и с окружающей средой.
Связь биологии с
другими науками: Биология тесно связана с другими науками
и иногда очень трудно провести грань
между ними. Изучение жизнедеятельности
клетки включает в себя изучение молекулярных
процессов протекающих внутри клетки,
этот раздел называется молекулярная
биология и иногда относится к химии а
не к биологии. Химические реакции протекающие
в организме изучает биохимия, наука которая
существенно ближе к химии чем к биологии.
Многие аспекты физического функционирования
живых организмов изучает биофизика, которая
очень тесно связана с физикой. Изучение
большого количества биологических объектов
неразрывно связано с такими науками как
математическая статистика. Иногда как
независимую науку выделяют экологию
- науку о взаимодействии живых организмов
с окружающей средой (живой и неживой природы).
Как отдельная область знаний давно выделилась
наука изучающая здоровье живых организмов.
Эта область включает в себя ветеринарию
и очень важную прикладную науку - медицину,
отвечающую за здоровье людей.
Значение биологии
для медицины:
-Генетические исследования позволили
разрабатывать методы ранней диагностики,
лечения и профилактики наследственных
болезней человека;
-Селекция микроорганизмов позволяет
получать ферменты, витамины, гормоны,
необходимые для лечения ряда заболеваний;
-Генная инженерия позволяет производить
биологически активные соединения и лекарства;
-Познания биологии необходимо для борьбы
с инфекционными и паразитическими заболеваниями
человека и животных;
Определение понятия
«жизнь» на современном этапе науки. Фундаментальные
свойства живого: Довольно трудно дать полное и однозначное
определение понятию жизни, учитывая огромное
разнообразие ее проявлений. В большинстве
определений понятия жизни, которые давались
многими учеными и мыслителями на протяжении
веков, учитывались ведущие качества,
отличающие живое от неживого. Например,
Аристотель говорил, что жизнь — это «питание,
рост и одряхление» организма; А. Л. Лавуазье
определял жизнь как «химическую функцию»;
Г. Р. Тревиранус считал, что жизнь есть
«стойкое единообразие процессов при
различии внешних влияний». Понятно, что
такие определения не могли удовлетворить
ученых, так как не отражали (и не могли
отражать) всех свойств живой материи.
Кроме того, наблюдения свидетельствуют,
что свойства живого не исключительны
и уникальны, как это казалось раньше,
они по отдельности обнаруживаются и среди
неживых объектов. А. И. Опарин определял
жизнь как «особую, очень сложную форму
движения материи». Это определение отражает
качественное своеобразие жизни, которое
нельзя свести к простым химическим или
физическим закономерностям. Однако и
в этом случае определение носит общий
характер и не раскрывает конкретного
своеобразия этого движения.
Ф. Энгельс в «Диалектике
природы» писал: «Жизнь есть способ
существования белковых тел, существенным
моментом которого является обмен
веществом и энергией с окружающей
средой».
Для практического применения
полезны те определения, в которых
заложены основные свойства, в
обязательном порядке присущие
всем живым формам. Вот одно
из них: жизнь — это макромолекулярная
открытая система, которой свойственны
иерархическая организация, способность
к самовоспроизведению, самосохранению
и саморегуляции, обмен веществ,
тонко регулируемый поток энергии.
Согласно данному определению жизнь представляет
собой ядро упорядоченности, распространяющееся
в менее упорядоченной Вселенной.
Жизнь существует в форме
открытых систем. Это означает, что
любая живая форма не замкнута
только на себе, но постоянно
обменивается с окружающей средой
веществом, энергией и информацией.
2. Эволюционно-обусловленные
уровни организации жизни: Различают такие уровни организации
живой материи - уровни биологической
организации: молекулярный, клеточный,
тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой
и экосистемный.
Молекулярный уровень
организации - это уровень функционирования
биологических макромолекул - биополимеров:
нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов,
липидов, стероидов. С этого уровня начинаются
важнейшие процессы жизнедеятельности:
обмен веществ, превращение энергии, передача
наследственной информации. Этот уровень
изучают: биохимия, молекулярная генетика,
молекулярная биология, генетика, биофизика.
Клеточный уровень - это уровень клеток (клеток
бактерий, цианобактерий, одноклеточных
животных и водорослей, одноклеточных
грибов, клеток многоклеточных организмов).
Клетка - это структурная единица живого,
функциональная единица, единица развития.
Этот уровень изучают цитология, цитохимия,
цитогенетика, микробиология.
Тканевый уровень
организации - это уровень, на котором изучается
строение и функционирование тканей. Исследуется
этот уровень гистологией и гистохимией.
Органный уровень
организации - это уровень органов многоклеточных
организмов. Изучают этот уровень анатомия,
физиология, эмбриология.
Организменный уровень
организации - это уровень одноклеточных,
колониальных и многоклеточных организмов.
Специфика организменного уровня в том,
что на этом уровне происходит декодирование
и реализация генетической информации,
формирование признаков, присущих особям
данного вида. Этот уровень изучается
морфологией (анатомией и эмбриологией),
физиологией, генетикой, палеонтологией.
Популяционно-видовой
уровень - это уровень совокупностей
особей - популяций и видов. Этот уровень
изучается систематикой, таксономией,
экологией, биогеографией, генетикой популяций.
На этом уровне изучаются генетические
и экологические особенности популяций,
элементарные эволюционные факторы и
их влияние на генофонд (микроэволюция),
проблема сохранения видов.
Биогеоценотический уровень
организации жизни - представлен разнообразием естественных
и культурных биогеоценозов во всех средах
жизни. Компоненты - Популяции
различных видов; Факторы среды; Пищевые сети, потоки
веществ и энергии; Основные процессы; Биохимический
круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие
жизнь; Подвижное равновесие
между живыми организмами и абиотической
средой (гомеостаз); Обеспечение живых организмов
условиями обитания и ресурсами (пищей
и убежищем). Науки, ведущие исследования
на этом уровне: Биогеография, Биогеоценология
Экология
Биосферный уровень организации
жизни
Представлен высшей, глобальной формой
организации биосистем — биосферой. Компоненты – Биогеоценозы;
Антропогенное воздействие; Основные
процессы; Активное взаимодействие живого
и неживого вещества планеты; Биологический
глобальный круговорот веществ и энергии;
Активное биогеохимическое участие человека
во всех процессах биосферы, его хозяйственная
и этнокультурная деятельность
Науки, ведущие исследования на этом
уровне: Экология; Глобальная экология;
Космическая экология; Социальная экология.
3. Человек в
системе природы. Специфика проявления
биологического и социального
в человеке.
Человек относится к царству животных,
так как он использует готовые вещества
для питания, то есть гетеротрофен. Его
клетки не имеют целлюлозных оболочек,
нет хлоропластов- то есть состоит из типично
животных клеток.
Человек относится: -К типу хордовых
так как зародыш имеет хорду, жаберные
щели в полости глотки, дорзальную
(спинную) полую нервную трубку и двустороннюю
симметрию тела.
- К подтипу позвоночных
так как у него развивается позвоночный
столб из позвонков, сердце на брюшной
стороне тела, две пары конечностей.
- К классу млекопитающих
так как он теплокровен, развиты млечные
железы; из-за наличия волос на поверхности
тела.
- К подклассу плацентарных:
развитие детеныша внутри тела матери,
питание плода через плаценту. С биологической
точки зрения человек - один из видов млекопитающих,
относящихся к отряду приматов, подотряду
узконосых.
Природное и социальное в человеке: В соответствии с характеристикой
К. Маркса сущности человека
как совокупности общественных отношений,
он предстает существом социальным.
Вместе с тем человек — часть природы.
С этой точки зрения люди принадлежат
к высшим млекопитающим, образуя особый
вид Homo sapiens, а, следовательно, человек
оказывается существом биологическим.
Как и всякий биологический вид, Homo sapiens
характеризуется определенной совокупностью
видовых признаков. Каждый из
этих признаков у различных
представителей вида может изменяться
в довольно больших пределах, что
само по себе нормально. Методы статистики
позволяют выявить наиболее вероятные,
широко распространенные значения каждого
видового признака. На проявление
многих биологических параметров вида
могут влиять и социальные процессы.
К примеру, средняя «нормальная» продолжительность
жизни человека, по данным современной
науки, составляет 80—90
лет, если он не
страдает наследственными заболеваниями
и не станет жертвой внешних по
отношению к его организму причин смерти,
таких, как инфекционные болезни
или болезни, вызванные ненормальным
состоянием окружающей среды, несчастные
случаи и т.п. Такова биологическая
константа вида, которая, однако,
изменяется под воздействием социальных
закономерностей. В результате реальная
(в отличие от «нормальной») средняя
продолжительность жизни возросла
с 20—22 лет в древности до примерно
30 лет в XVIII веке, 56 лет в
Западной Европе к началу XX века
и 75—77 лет — в наиболее развитых странах
на исходе XX века. Биологически обусловлена
продолжительность детства, зрелого
возраста и старости человека; задан
возраст, в котором женщины могут рожать
детей (в среднем 15—49 лет); определяется
соотношение рождений одного
ребенка, близнецов и т. д. Биологически
запрограммирована последовательность
таких процессов в развитии
человеческого организма, как
способности усваивать различные виды
пищи, осваивать язык в раннем возрасте,
появление вторичных половых признаков
и многое другое. По некоторым данным,
передается по наследству, то есть биологически
обусловлена, и одаренность разных
людей в различных видах деятельности
(музыка, математика и т. п.). Подобно другим
биологическим видам, вид Homo sapiens
имеет устойчивые вариации (разновидности),
которые обозначаются, когда речь идет
о человеке, чаще всего понятием расы.
Расовая дифференциация людей связана
с тем, что группы, населяющие различные
районы планеты, адаптировались
к конкретным особенностям среды их
обитания, и это выразилось в появлении
специфических анатомических, физиологических
и биологических признаков. Но,
относясь к единому биологическому
виду Homo sapiens, представитель любой расы
обладает такими свойственными
этому виду биологическими
параметрами, которые позволяют
ему с успехом участвовать в
любой из сфер жизнедеятельности
человеческого общества. Если же говорить
о человеческой предыстории, то вид Homo
sapiens является последней из известных
сегодня ступеней развития рода
Homo. В прошлом нашими предшественниками
были другие виды этого рода
(такие, как Homo habilis — человек способный;
Homo erectus — человек прямоходящий
и пр.), наука не дает пока однозначной
генеалогии нашего вида. Биологически
каждый из когда-либо живших или живущих
ныне человеческих индивидов является
уникальным, единственным, ибо неповторим
набор генов, получаемых им от родителей
(исключение составляют однояйцевые
близнецы, наследующие идентичный
генотип). Эта неповторимость усиливается
в результате взаимодействия социальных
и биологических факторов в процессе
индивидуального развития человека.
4. Доклеточный
уровень организации живой материи.
Вирусы.
ВИРУСЫ — неклеточные формы жизни.
Вирусы в 50 раз меньше
бактерий, находятся на грани живого и
неживого. Но если их считать
живыми, то они окажутся самой многочисленной
формой жизни на Земле.
Вирусы отличаются от всех других организмов:
1. Они могут существовать только как внутриклеточные
паразиты и не могут размножаться вне
клеток тех организмов, в которых паразитируют.
2. Содержат лишь один из типов нуклеиновых
кислот — либо РНК, либо ДНК.
3. Имеют очень ограниченное число ферментов,
используют обмен веществ хозяина, его
ферменты, энергию, полученную при обмене
веществ в клетках хозяина. Среди вирусных
заболеваний — грипп, энцефалит, корь,
свинка, краснуха, гепатит, СПИД.
Часто задают вопрос: «А являются
ли вирусы живыми?» Если живой считать
такую структуру, которая обладает генетическим
материалом (ДНК или РНК) и которая способна
воспроизводить себя, то можно сказать,
что вирусы живые. Если же живой считать
структуру, обладающую клеточным строением,
то ответ должен быть отрицательным. Следует
также отметить, что вирусы не способны
воспроизводить себя вне клетки-хозяина.
Они находятся на самой границе между
живым и неживым. И это лишний раз напоминает
нам, что существует непрерывный спектр
все возрастающей сложности, который начинается
с простых молекул и кончается сложнейшими
замкнутыми системами клеток.
Поведение
Вирусы могут воспроизводить
себя только внутри живой клетки,
поэтому они являются облигатными
паразитами. Обычно они вызывают
явные признаки заболевания. Попав
внутрь клетки-хозяина, они «выключают»
(инактивируют) хозяйскую ДНК и, используя
свою собственную ДНК или РНК,
дают клетке команду синтезировать
новые копии вируса. Вирусы передаются
из клетки в клетку в виде
инертных частиц.
Строение
Вирусы устроены очень просто.
Они состоят из фрагмента генетического
материала, либо ДНК, либо РНК, составляющей
сердцевину вируса, и окружающей
эту сердцевину защитной белковой
оболочкой, которую называют капсидом.
Полностью сформированная инфекционная
частица называется вирионом. У
некоторых вирусов, таких, как вирусы
герпеса или гриппа, есть еще
и дополнительная липопротеидная
оболочка, которая возникает из
плазматической мембраны клетки-хозяина.
В отличие от всех остальных
организмов вирусы не имеют
клеточного строения.
Оболочка вирусов часто бывает построена
из идентичных повторяющихся субъединиц
– капсомеров. Из капсомеров образуются
структуры с высокой степенью симметрии,
способные кристаллизироваться. Это позволяет
получить информацию об их строении как
с помощью кристаллографических методов,
основанных на применении рентгеновских
лучей, так и с помощью электронной микроскопии.
Как только в клетке-хозяине появляются
субъединицы вируса, они сразу же проявляют
способность к самосборке в целый вирус.
Самосборка характерна и для многих других
биологических структур, она имеет фундаментальное
значение в биологических явлениях.
Спиральная симметрия. Лучшей
иллюстрацией спиральной симметрии
может служить вирус табачной
мозаики (ВТМ), содержащий РНК. 2130 одинаковых
белковых субъединиц составляют
вместе с РНК единую целостную
структуру – нуклеокапсид. У некоторых
вирусов, например у вирусов свинки
и гриппа, нуклеокапсид окружен оболочкой.
Бактериофаги. Вирусы, которые нападают
на бактерий, образуют группу так называемых
бактериофагов. У некоторых бактериофагов
имеется явно выраженная икосаэдрическая
головка, а хвост обладает спиральной
симметрией.
ЭВОЛЮЦИОННОЕ
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВИРУСОВ:
Наиболее правдоподобной и приемлемой
является гипотеза о том, что вирусы произошли
из «беглой» нуклеиновой кислоты, т.е.
нуклеиновой кислоты, которая приобрела
способность реплицироваться независимо
от той клетки, из которой она возникла,
хотя при этом подразумевается, что такая
ДНК реплицируется с использованием (паразитическим)
структур этой или других клеток. Таким
образом, вирусы, должно быть, произошли
от клеточных организмов, и их не следует
рассматривать как примитивных клеточных
организмов.
5.Прокариоты. Характерные
черты организации.
Все известные организмы подразделяют
на про- и эукариоты. К прокариотам относятся
бактерии и сине-зеленые водоросли; к эукариотам
- зеленые растения грибы слизевики и животные.
Прокариотические клетки не имеют офрмленного
ядра, то есть генетический материал находится
в цитоплазме и не окружен никакими оболочками.
У эукариот имеется настоящее ядро, т.о.
ген. материал окружен двойной мембраной.
Эукариот и прокариот отличаются
также по ряду других признаков:
Признак |
Прокариот |
Эукариот |
Размер |
Диаметр 0.5-5 мкм. |
Диаметр до 40 мкм. Объем в 1000-10000 раз больше,
чем у
прокариот. |
Формы |
Одноклеточные, нитчатые. |
Одноклеточные, нитчатые, истинно многоклеточные. |
Органеллы |
Мало. Ни одна не имеет двойной мембраны. |
Много. Имеются огражденные как двойной, так и одиночной
мембраной. |
Ядро |
Нет |
Есть |
Ядерная оболочка |
Нет |
Есть |
ДНК |
Замкнута в кольцо (условно называется
бактериальная хромосома). |
Ядерная ДНК представляет собой линейную структуру
и находиться в хромосомах. |
Хромосомы |
Нет |
Есть |
Митоз |
Нет |
Есть |
Мейоз |
Нет |
Есть |
Гаметы |
Нет |
Есть |
Митохондрии |
Нет |
Есть |
Пластиды у автотрофов |
Нет |
Есть |
Способ поглощения пищи |
Адсорбция через клеточную мембрану |
Фагоцитоз и пиноцитоз |
Пищеварительные вакуоли |
Нет |
Есть |
Жгутики |
Есть |
Есть |