Реферат: Общая биология. Уровни организации живой материи Изучением закономерностей жизни занимается общая биология
Что такое наука биология? Говоря простым языком, это изучение жизни во всем ее разнообразии и величии. От микроскопических водорослей и бактерий до больших слонов и гигантских синих китов, жизнь на нашей планете представляет невероятное многообразие. Беря это во внимание, откуда мы заем, что является живым? Каковы основные характеристики жизни? Все это очень важные вопросы с одинаково важными ответами!
Характеристики жизни
К живым существам относиться, как видимый , и , так и невидимый мир бактерий и вирусов. На базовом уровне мы можем сказать, что жизнь упорядочена. Организмы имеют чрезвычайно сложную организацию. Мы все знакомы с замысловатыми системами основной - клеткой.
Жизнь может «работать» . Имеется введу не ежедневное разнообразие работы, а поддержание метаболических процессов, путем получения энергии в виде пище из окружающей среды.
Жизнь растет и развивается . Это означает больше, чем просто копирование или увеличение размера. Живые организмы также имеют возможность восстанавливаться при определенных типах повреждений.
Жизнь может воспроизводиться . Вы когда-нибудь видели размножение грязи или камней? Вероятней всего нет! Жизнь способна происходить только от других живых существ.
Жизнь может реагировать . Вспомните о том, как в последний раз вы ударялись какой-нибудь частью своего тела. Почти мгновенно следует болевая реакция. Жизнь характеризуется реакцией на различные стимулы и внешние раздражители.
Наконец, жизнь может адаптироваться и отвечать требованиям, предъявляемым окружающей средой.
Существует три основных типа приспособлений, которые могут возникать у высших организмов:
- Обратимые изменения происходят как ответ на изменения в окружающей среде. Предположим, вы живете вблизи уровня моря и отправляетесь в горную местность. Вы можете начать испытывать затрудненное дыхание и увеличение частоты сердечных сокращений в результате изменения высоты. Эти симптомы исчезают, когда вы возвращаетесь к уровню моря.
- Соматические изменения происходят в результате продолжительных изменений в окружающей среде. Используя предыдущий пример, если вы долго будете оставаться в горной местности, вы заметите, что ваш сердечный ритм начнет замедляться, и вы начнете нормально дышать. Соматические изменения также обратимы.
- Окончательный тип адаптации называется генотипическим (вызванным генетической мутацией). Эти изменения происходят в генетическом составе организма и не обратимы. Примером может служить развитие устойчивости к пестицидам у насекомых и пауков.
Таким образом, жизнь организована, «работает», растет, размножается, реагирует на стимулы и приспосабливается. Эти характеристики лежат в основе изучения науки общей биологии.
Основные принципы современной биологии
Фундамент науки биологии, которая существует сегодня, основан на пяти основных принципах. Это теория клеток, теория генов, эволюция, гомеостаз и законы термодинамики.
- : все живые организмы состоят из клеток. является основной единицей жизни.
- : черты наследуются посредством передачи генов. расположены на и состоят из ДНК.
- : любое в популяции, которое унаследована в течение нескольких поколений. Эти изменения могут быть небольшими или большими, заметными или не столь заметными.
- : способность поддерживать постоянную внутреннюю среду в ответ на изменения окружающей среды.
- : энергия постоянна и энергетическое преобразование не является полностью эффективным.
Разделы биологии
Область науки биологии очень широка и может быть разделена на несколько дисциплин. В самом общем смысле эти дисциплины классифицируются по типу изучаемого организма. Например, занимается исследованиями животных, ботаника занимается изучением растений, а микробиология изучает микроорганизмы. Эти области исследований, также можно разбить на несколько специализированных поддисциплин. Некоторые из них включают анатомию, генетику и физиологию.
Одной из самых древних, но при этом прогрессивных даже на сегодняшний день наук является биология. Это наука, изучающая все многообразие живой природы вокруг нас. Ведь ежедневно мы сталкиваемся с сотнями живых существ: насекомыми, бактериями, вирусами, растениями и, конечно же, людьми. Каждый организм имеет свои особенности строения и жизнедеятельности, все между собой связаны определенными закономерностями и состоят в различного рода взаимоотношениях. Все это и изучает такая обширная, увлекательная и поистине великая наука, как биология.
Биосфера планеты Земля
Наша планета населена самыми разнообразными формами жизни. Все они, взаимодействуя между собой, образуют общую оболочку. Живую оболочку планеты Земля. Она носит название биосферы. Помимо биосферы наша планета имеет такие оболочки, как гидросфера, литосфера и атмосфера. Естественно, что вся биомасса биосферной оболочки не смогла бы существовать отдельно от других оболочек. Поэтому это разделение весьма условно. На самом деле каждая из оболочек имеет в своем составе представителей биосферы.
Например, литосфера густо заселена червями, бактериями, личинками, насекомыми и млекопитающими животными. Также именно в ней располагаются нижние части большинства существующих наземных растений.
Гидросфера, представленная совокупностью всех видов воды на Земле, является вообще целым миром, прекрасным и интересным, по своему составу биомассы. Атмосфера также не исключение. Разнообразные бактерии, вирусы, насекомые, птицы и даже млекопитающие являются неотъемлемой ее частью и используют ее для постоянного места жительства. При этом в целом практически все живые существа (за исключением некоторых видов бактерий) способны жить только в аэробных условиях, то есть в условиях земной атмосферы.
Вся биомасса биосферной оболочки - это многомиллионное сообщество живых существ. И такая наука о живой природе, как биология, со всеми включенными в нее отделами, как раз и занимается подробнейшим изучением этого великого сообщества.
Методы и материалы, применяемые в биологии
Для комплексного анализа и удобного и подробного рассматривания всех живых объектов природы в биологии используются специальные материалы. Такие, как:
- скальпель;
- зажимы;
- щипцы;
- измерительные приборы;
- ловушки-морилки;
- ступки и пестики;
- пробирки;
- ванночки и чашки Петри;
- препаровальные иглы и столики;
- зеркальца и лупы;
- самые разные и так далее.
Это, конечно, далеко не полный список всего многообразия материалов, которые помогают биологам в познании живого и в научных исследованиях.
Также существуют специфические приемы, которые использует биология как наука. Методы биологии разнообразны, но к основным из них можно отнести следующие.
Биологическая методология
Название метода | Используемые материалы | Практическое значение |
Наблюдение | Полевой дневник, бинокль, лупа, микроскоп, видео и фото аппаратура и прочее. | Получение визуальной информации о наблюдаемом объекте без вмешательства в природные процессы, накопление полезной информации. |
Описание | Компьютер, писчие принадлежности, бумага. | Фиксация тех результатов, что были получены методом наблюдения. Этот метод обеспечивает историческую значимость для сохранения полезной информации. |
Эксперимент | Лабораторное оборудование, микроскоп и т. д. | Практическое подтверждение выдвигаемых научных гипотез. |
Сравнение | Литература или эксперименты по теме. | Дает возможность выбора более правильного результата, а также показывает все различия в жизнедеятельности, строении организмов в зависимости от различных факторов. |
Моделирование (включает в себя обобщение, систематизацию) | Материалы для создания моделей изучаемого объекта. | Позволяет воссоздать картину происходящих процессов и спрогнозировать результат. |
Аналитический метод | Измерительные приборы, ЭВМ | Позволяет вывести общие закономерности или различия в живой природе, а также обеспечивает систематизацию накопленных знаний. |
Современные методы:
| Центрифуги, специальные микроскопы, чашки Петри, на основе агара, специфическое оборудование и приборы. | Обеспечивают точный анализ самых мельчайших живых единиц, дают полную информацию о процессах, происходящих на молекулярном уровне. Позволяют вмешиваться в геном и задавать нужные свойства живым организмам. |
В итоге мы получаем следующий результат. Биология - это наука, изучающая живые системы совершенно полно, комплексно и с использованием самых разнообразных современных технологий.
Основные разделы биологии
Сегодня биология насчитывает десятки побочных молодых наук, которые образовались от нее из-за накопления большого объема различных знаний в самых тонких вопросах, касающихся живых систем. Мы же выделим основные, исторически сложившиеся разделы биологической науки.
- Общая биология.
- Генетика.
- Зоология.
- Ботаника.
- Физиология растений и животных.
- Анатомия.
- Физиология человека.
- Экология.
- Биогеография.
- Биохимия.
В первую очередь, биология - наука о природе. Поэтому все перечисленные разделы являются основополагающими в контексте рассмотрения данной науки.
Общая биология: суть, предмет изучения
Под этим названием подразумевается изучение основных жизненных моментов каждой живой системы: возникновение, развитие, становление в природе, функционирование. Вследствие этого общая биология включает в себя следующие разделы:
- Клеточная теория и строение клетки.
- Онтогенез организмов.
- Молекулярная биология.
- Генетика.
- Эволюция всего живого.
- Экология.
- Учение о биосферной оболочке Земли.
Из приведенного списка становится понятно, что данная биология - это наука, изучающая универсальные характеристики, присущие всем живым системам в целом. В курсе школьного обучения общую биологию преподают в старших классах, с 9 по 11 включительно. И это правильно, ведь понятия, которые она в себя включает, достаточно сложные, объемные и требуют уже более сформировавшегося мировоззрения у учащихся.
Ботаника в школьном курсе
На сегодняшний день ученые называют цифру примерно 350 000 видов, когда речь заходит о многообразии современных растений. Естественно, эта цифра слишком велика, а растения уникальны и интересны, чтобы не образовалась отдельная наука, которая занимается исключительно их изучением. К такой науке и относится ботаника, раздел биологии.
Все растения можно разделить на наземные и водные. Но это только очень грубая, поверхностная классификация. На самом деле существует множество таксонов, родов, видов, подвидов и других систематических единиц, на которые подразделяются растения. Это составляет суть одного из отделов ботаники.
Также есть ряд других отделов, охватывающих все стороны растительной жизни:
- морфология растений;
- физиология растений;
- экология;
- биогеография;
- филогения;
- эволюция;
- экономическая ботаника.
Совокупность всех этих наук, а также тех отделов, которые входят в каждую из них, в свою очередь, позволяет осуществлять комплексное тотальное изучение любого растительного организма. Поэтому с уверенностью можно сказать, что биология - наука о растениях.
Ботаника изучается в школьном курсе биологии в 6-7 классах, в зависимости от программы обучения. Вопросы филогении и эволюции изучаются в 11 классе.
Зоология в школьном курсе
Наукой зоологией описано свыше 1350000 видов представителей животного мира. Подавляющее большинство составляют беспозвоночные - насекомые, черви, морские обитатели. Такая цифра не является окончательной, ведь свои исследования зоологи не прекращают. Несмотря на то, что, казалось бы, уже нечего открывать и все животные известны, периодически происходят открытия новых видов.
Зоология - одна из древнейших наук, которые включает биология. Животные - одни из самых распространенных и повсеместно встречающихся живых систем нашей планеты. Зоология занимается изучением строения (как внешнего, так и внутреннего) всех животных, их систематикой, физиологией, анатомией, этологией, экологией и географией.
Также, как и ботаника, зоология является обязательным разделом биологической науки для изучения в школе. Ее курс приходится на 7 класс.
Роль биологии в жизни человека
Биология - это наука, изучающая и охватывающая настолько много различных жизненных сфер, что не остается сомнений в ее важности и значимости. Основные примеры, которые явно покажут и докажут это, следующие:
- Животные, невосприимчивые к раковым опухолям (акулы и скаты) являются прекрасной основой для нахождения и открытия лекарства от этой болезни XXI века.
- Достижения микробиологов, биохимиков и медицинских биологов позволяют человечеству избавляться от множества самых различных недугов, в том числе вирусной и бактериальной природы.
- Биотехнология, клеточная и дает возможность повысить производительность сельского хозяйства и обеспечить питанием целые народы.
- Антропологическая биология позволяет выявить истоки всего живого, воссоздать картину мира и избежать ошибок в будущем.
Это далеко не все причины и обстоятельства, которые позволяют говорить о биологии как о чрезвычайно важной и значимой в жизни и практической деятельности людей науке.
Новые разделы биологии
К современным, молодым и перспективным разделам биологической науки относятся такие, как:
- биотехнология;
- микробиология;
- клеточная инженерия;
- генная инженерия;
- молекулярная биология;
- биохимия;
- медицинская биология.
Весь комплекс этих наук позволяет охарактеризовать любое существо, относящееся к живой системе. Поэтому биология - это наука о живой природе, в первую очередь, и о тех благах, которые она может дать человеку.
Биология в школе
Косвенно биология затрагивается уже на этапе курса природоведения (5 класс школьной программы). Именно как предмет она начинается с 6 класса (ботаника), 7 класс - зоология, 8 класс - анатомия, 9-11 - общая биология.
Школьный курс данной науки затрагивает самые различные темы по биологии, которые касаются практически всех ее отраслей и разделов. Это делается для формирования у детей целостной картины восприятия мира, а также для четкого усвоения учащимися важности и значимости достижений биологических наук в современном мире.
Клетка
В этом разделе необходимо дать определение понятию "клетка", отметить, что она была открыта с помощью микроскопа, и совершенствование микроскопической техники позволило выявить разнообразие их форм, сложность строения ядра, процесс деления клеток и др. Назвать другие методы исследования клетки: дифференцированное центрифугирование, электронная микроскопия, авторадиография, фазово-контрастная микроскопия, рентгеноструктурный анализ; показать, на чем были основаны эти методы, и что удалось выяснить с их помощью.
Основным структурным элементом всех живых организмов (растений и животных) является клетка. Отметить, кем впервые была сформулирована клеточная теория , знать ее положения. Основными компонентами клетки являются: наружная клеточная мембрана, цитоплазма и ядро.
В состав биологической мембраны входят липиды, составляющие основу мембраны и высокомолекулярные белки. Отметить полярность молекул липидов, и какое положение могут занимать белки по отношению к липидам. Современная модель биологической мембраны подучила название "универсальная жидкостно-мозаичная модель". Раскрыть это понятие. Охарактеризовать части мембраны: надмембранный комплекс, собственно мембрану и подмембранный комплекс. Объяснить функции биологической мембраны.
Одной из важных функций мембраны является транспорт веществ из клетки в клетку. Охарактеризовать виды транспорта веществ через мембрану: пассивный и активный. Указать, что к пассивному транспорту относятся: осмос, диффузия, фильтрация. Дать определение этим понятиям и привести примеры физиологических процессов в организме, осуществляемых пассивным транспортом. К активному транспорту относятся: перенос веществ с участием ферментов-переносчиков, ионные насосы. Раскрыть механизм на примере работы калиево-натриевого насоса. Различают также активный захват мембраной клетки веществ: фагоцитоз и пиноцитоз. Дать определение этим понятиям, привести примеры. Указать, чем принципиально отличается активный транспорт от пассивного.
В цитоплазме различают гиалоплазму или матрикс - это внутренняя среда клетки. Отметить, что наружный слой цитоплазмы, или эктоплазма, отличается более высокой плотностью и лишена гранул. Подчеркнуть, что эктоплазма ведет себя как коллоид, способный переходить из состояния геля в золь и обратно. Объяснить эти термины. Привести примеры процессов, осуществляющихся в матриксе. В нем расположены органеллы и включения. Знать, что такое органеллы. Выделяют органеллы общего значения и специальные. К первым относятся: эндоплазматическая сеть; пластинчатый комплекс, митохондрии, рибосомы, полисомы, лизосомы, клеточный центр, микротельца, микротрубочки, микрофиламенты. Охарактеризовать строение и функции этих органелл. Привести примеры органелл специального назначения, указать их функции. Дать определение понятию - включения клетки, указать виды включений, привести примеры.
Ядро. Отметить основную функцию ядра - хранение наследственной информации. Компонентами ядра являются ядерная оболочка, нуклеоплазма (ядерный сок), ядрышко (одно или два), глыбки хроматина (хромосомы). Подчеркнуть значение ядерной оболочки эукариотической клетки - обособление наследственного материала (хромосом) от цитоплазмы, в которой осуществляются многообразные метаболические реакции. Указать, из скольких биологических мембран состоит ядерная оболочка и каковы ее функции. Отметить, что основу нуклеоплазмы составляют белки, в том числе и фибриллярные. Она содержит ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и рибосом. Ядрышки - непостоянные структуры ядра, они исчезают в начале деления клетки и вновь появляются к его концу. Указать, что входит в состав ядрышек и какова их функция.
Хромосомы. Указать, что хромосомы состоят из ДНК, которая окружена белками двух типов: гистоновыми (основными) и негистоновыми (кислыми). Отметить, что хромосомы могут находиться в двух структурно-функциональных состояниях: спирализованном и деспирализованном. Знать, какое из этих двух состояний хромосомы является рабочим и что это означает. Указать, в какой период жизни клетки хромосомы спирализованы и хорошо видны под микроскопом. Знать строение хромосомы, виды хромосом, которые различаются по месту расположения первичной перетяжки.
Организмы большинства живых существ имеют клеточное строение. В процессе эволюции органического мира в качестве элементарной системы, в которой возможно проявление всех закономерностей живого, была отобрана клетка. Организмы, имеющие клеточное строение, делятся на доядерные, не имеющие типичного ядра (или прокариоты), в обладающие типичным ядром (или эукариоты). Указать, какие организмы относятся к прокариотам, какие к эукариотам.
Для понимания организации биологической системы необходимо знать молекулярный состав клетки. По содержанию элементы, входящие в состав клетки, делятся на три группы: макроэлементы, микроэлементы и ультрамикроэлементы. Привести примеры элементов, входящих в состав каждой группы, охарактеризовать роль основных неорганических составляющих в жизнедеятельности клетки. Химические компоненты живого делятся на неорганические (вода, минеральные соли) и органические (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты). За небольшим исключением (кость и эмаль зубов) вода является преобладающим компонентом клеток. Знать свойства воды, в каких формах вода находится в клетке, охарактеризовать биологическое значение воды. По содержанию из органических веществ в клетке первое место занимают белки. Охарактеризовать состав белков, пространственную организацию белков (первичная, вторичная, третичная, четвертичная структуры), роль белков в организме. Углеводы делятся на 3 класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Знать химический состав и критерии классификации углеводов. Привести примеры важнейших представителей класса и охарактеризовать их роль в жизнедеятельности клетки. Наибольшим химическим разнообразием характеризуются липиды. Термин "липиды" объединяет жиры и жироподобные вещества - липоиды. Жиры - это сложные эфиры жирных кислот и какого-либо спирта. Знать химический состав липидов и липоидов. Подчеркнуть основные функции: трофическую, энергетическую, а также другие функции, которые необходимо охарактеризовать. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, используется для работы в клетках не сразу, а сначала запасается в форме высокоэнергетического промежуточного соединения - аденозинтрифосфата (АТФ). Знать химический состав АТФ. Раскрыть, что представляет собой соединения АМФ и АДФ. Раскрыть понятие "макроэргическая связь". Указать, при каких процессах образуется АДФ и АМФ, и каким образом происходит образование АТФ, какова энергетическая ценность этих процессов. Привести примеры физиологических процессов, требующих больших затрат энергии.
Как известно, хранителем генетической информации являются хромосомы. Они состоят из нуклеиновой кислоты - ДНК и двух видов белков. Рассказать о ДНК. Знать химический состав ДНК. Указать, что представляет собой ее мономер - нуклеотид , назвать виды нуклеотидов. Охарактеризовать пространственную модель ДНК, разъяснить понятия комплементарности и антипараллельности цепей молекулы ДНК. Охарактеризовать свойства и функции ДНК. Отметить, что к нуклеиновым кислотам относятся также три вида рибонуклеиновых кислот: и-РНК, р-РНК, т-РНК. Знать химический состав РНК. Указать, чем отличаются нуклеотиды РНК от нуклеотидов ДНК. Раскрыть функции всех трех видов рибонуклеиновых кислот.
К биологически активным веществам в клетке относятся ферменты . Они катализируют химические реакции. Необходимо остановиться на таких свойствах ферментов; как специфичность действия, активность только в определенной среде и при определенной температуре, большая эффективность действия при малом их содержании. Раскрыть эти положения: и привести примеры. В настоящее время на основании их строения ферменты делят на две основные группы: полностью белковые ферменты и ферменты, состоящие из двух частей: апофермента и кофермента. Раскрыть эти понятия, привести примеры коферментов. Знать, что такое активный центр фермента. По типу катализируемых реакций ферменты делят на 6 основных групп: охсиредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Раскрыть механизм действия этих ферментов и привести примеры.
Все гетеротрофные организмы, в конечном счете, получают энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, т.е. таких, в которых электроны переносятся от доноров электронов-восстановителей к акцепторам электронов - окислителям. По способу диссимиляции организмы делятся на анаэробные и аэробные. Энергетический обмен у аэробных организмов складывается из трех этапов: подготовительного, который проходит в желудочно-кишечном тракте или в клетке под действием ферментов лизосом; бескислородного (или анаэробного), который проходит в матриксе цитоплазмы, и кислородного, который проходит в митохондриях. Дать подробную характеристику всех этапов, указать, какова энергетическая ценность этих этапов, каковы конечные продукты энергетического обмена у аэробных организмов. При анаэробном способе диссимиляции отсутствует кислородный этап, и энергетический обмен у анаэробов получил название "брожение". Указать, в чем состоит прогрессивный характер дыхания по сравнению с брожением; каковы конечные продукты диссимиляции при брожении. Привести примеры аэробных и анаэробных (облигатных и факультативных) организмов.
Жизнь на Земле полностью зависит от фотосинтеза растений, поставляющих органическое вещество и О 2 всем организмам. При фотосинтезе происходит преобразование световой энергия в энергию химических связей. Дать определение процесса фотосинтеза, отметить значение работ К.А.Тимирязева. Фотосинтез осуществляется только в растениях, имеющих пластиды - хлоропласты . Знать строение хлоропластов, их химический состав, дать физико-химические характеристики хлорофилла и каротиноидов, необходимых для процесса фотосинтеза. Фотосинтез имеет две стадии: световую и темновую. Охарактеризовать световую стадию, отметить, какое значение имеет фотолиз воды, и указать результаты этой фазы фотосинтеза. Охарактеризовать темновую стадию, отметив, что в ней, при использовании энергии и СО2 в результате сложных реакций синтезируются углеводы, в частности крахмал. Раскрыть значение фотосинтеза для сельского хозяйства.
Примером пластического обмена у гетеротрофных организмов является биосинтез белка . Все основные процессы в организме связаны с белками, причем в каждой клетке постоянно происходит синтез белков, свойственных данной клетке и необходимых в данный период жизни клетки. Информация о молекуле белка зашифрована в молекуле ДНК с помощью триплетов или кодогенов. Дать определение понятиям триплет, генетический код. Раскрыть характеристики генетического кода - универсальность, триплетность, линейность, вырожденность или избыточность, неперекрываемость. В биосинтезе белка различают три этапа - транскрипцию, посттранскрипционные процессы и трансляцию. Отразить сущность, последовательность и место прохождения каждого этапа. Знать, почему, образовавшись из одной оплодотворенной яйцеклетки, клетки многоклеточного организма отличаются составом белков и выполняют разные функции. Раскрыть механизм регуляции генной активности при синтезе отдельных белков на примере бактерий (схема Ф. Жакоба и Ж. Моно). Дать определение понятию «оперон», указать его составные части и их функции.
Размножение клеток
Характеризуя воспроизведение на клеточном уровне биологической организации, необходимо отметить, что единственным способом образования клеток является деление предшествующих. Этот процесс очень важен для организма. Существование клетки с момента ее возникновения в результате деления материнской клетки до последующего деления или смерти называется жизненным (или клеточным) циклом. Его компонентом является митотический цикл. Он состоит из интерфазы и митоза. Объяснить, что интерфаза - это наиболее продолжительная часть митотического цикла, в которой осуществляется подготовка клетки к делению. Она состоит из трех периодов (предсинтетический, синтетический и постсинтетический). Дать характеристику периодам интерфазы, отметив, в каком из них синтезируются РНК, белки, ДНК, АТФ и удваиваются органоиды.
Митоз - непрямое деление клетки. Состоит из 4 последовательных фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Митоз характеризуется появлением хромосом, веретена деления и образованием дочерних клеток, сходных с материнской. Охарактеризовать фазы митоза с последовательностью происходящих в них событий. Указать механизмы, обеспечивающие идентичность хромосом и постоянство их числа в дочерних клетках при митозе. Раскрыть биологическую сущность митоза.
Другой способ - амитоз , или прямое деление. Оно происходит без образования хромосом и веретена деления. Указать, какие клетки делятся амитозом, подчеркнув его отличие от митоза.
Размножение и индивидуальное развитие организмов
Дать определение процессу размножения как свойству организмов оставлять потомство. Различают две формы размножения организмов: бесполое и половое. Отметить, что в основе бесполого размножения лежит митоз, поэтому дочерние организмы являются точной копией материнского. Этот способ размножения возник первым в процессе эволюции. Охарактеризовать способы бесполого размножения у одноклеточных (митотическое деление, шизогония, почкообразование, спорообразование) и многоклеточных (вегетативное размножение, т.е. частями тела или группой соматических клеток). Привести примеры.
Половое размножение - размножение с помощью специальных клеток-гамет, имеющих гаплоидный набор хромосом и участвующих в оплодотворении. Процесс образования гамет называется гаметогенезом . Подразделяется на сперматогенез и овогенез. Сперматогенез имеет 4 стадии: размножение, рост, созревание и формирование. В овогенезе 3 стадии (отсутствует стадия формирования). Дать характеристику каждой стадии гаметогенеза, указав, как изменяется набор хромосом и количество ДНК в каждой из них. Отметить отличие сперматогенеза от овогенеза.
Мейоз - это способ деления клеток, в результате которого вдвое уменьшается число хромосом. Он является центральным звеном гаметогенеза, в результате которого из каждой клетки с диплоидным набором хромосом образуются 4 гаплоидные клетки. Мейоз состоит из двух быстро следующих друг за другом делений, называемых соответственно первым и вторым мейотическими делениями. Каждое из этих делений имеет фазы, аналогичные митозу, по их прохождение имеет свои особенности. Охарактеризовать фазы первого и второго делений, отметив их отличия, и показать, как изменяется набор хромосом и количество ДНК в каждой из фаз. Объяснить, почему между первым и вторым делением имеется короткая интерфаза. Раскрыть биологическое значение мейоза.
Гаметы в большинстве случаев разные: большая, неподвижная - яйцеклетка и небольшая, подвижная - сперматозоид. Гаметы – высоко дифференцированные клетки, приспособленные для выполнения специфических функций. Охарактеризовать строение сперматозоидов и яйцеклеток, их генетические особенности и функции.
Оплодотворение – это процесс слияния женской и мужской гамет, ведущий к образованию зиготы. Оплодотворение влечет за собой активацию яйцеклетки и образование гаплоидного ядра зиготы. Гаплоидные ядра несут генетическую информацию от двух родительских организмов (комбинативная форма изменчивости). У животных оплодотворение бывает наружное и внутреннее. Привести примеры и указать сущность разных видов оплодотворения. У ряда организмов встречается партеногенез - разновидность полового размножения, когда развитие особи проходит из неоплодотворенной яйцеклетки. Отметить виды партеногенеза: естественный (факультативный и облигатный) и искусственный.
Онтогенез - индивидуальное развитие организма, состоит из 3 периодов:
- Прогенез - созревание гамет и их слияние с образованием зиготы.
- Эмбриональный период (или эмбриогенез ) - с момента образования зиготы до рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. Этапы эмбриогенеза: дробление, в результате которого образуется бластула; гаструляция, в процессе которой возникают зародышевые листки (эктодерма, энтодерма и мезодерма); образование тканей и органов. Способ дробления зиготы зависит от количества желтка и характера его распределения в цитоплазме яйцеклетки. Различают полное и неполное дробление. Полное дробление может быть равномерным и неравномерным, а неполное - дискоидальным и краевым. Показать, для каких типов яйцеклеток характерен тот или иной тип дробления. Процесс гаструляции осуществляется разными способами и зависит от строения бластулы, т.е., в конечном счете, от количества желтка в яйцеклетке. Для гаструляции характерны перемещения и дифференцировка клеток, в результате чего образуется двух- или трехслойный зародыш. Отметить, у каких животных развитие заканчивается на стадии двух зародышевых листков: эктодермы и энтодермы, и у каких животных и какими способами развивается третий (или средний) зародышевый листок - мезодерма. Указать, какие ткани и органы образуются из зародышевых листков. После завершения гаструляции происходит развитие осевого комплекса: хорды, нервной трубки, туловищной мезодермы; стадия нейрулы. Раскрыть последовательность их формирования. Процесс дифференцировки клеток определяется многими механизмами, среди которых важную роль играет эмбриональная индукция. Описать опыт, доказывающий влияние хорды на развитие других тканей
- Постэмбриональный период начинается после рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. В нем различают прямое развитие, которое проходит без личиночной стадии, и непрямое развитие, при котором имеется личиночная стадия, заканчивающаяся превращением (метаморфозом) во взрослую особь. Привести примеры прямого и непрямого постэмбрионального развития у беспозвоночных и позвоночных животных. Указать биологическую роль непрямого развития.
Основы генетики
Дать определение генетике как науке о закономерностях наследственности и изменчивости. Она, как любая наука, имеет предмет изучения, методы изучения, задачи и цели. Предметом изучения генетики являются свойства живого: наследственность и изменчивость.
Наследственность - способность родителей передавать свои свойства и признаки потомству. Она обеспечивает материальную и функциональную преемственность между поколениями. Благодаря наследственности в поколениях сохраняются свойства отдельных организмов и вида в целом.
Различают два вида наследственности: ядерную (хромосомную) и внеядерную (нехромосомную, цитоплазматическую). Ядерная наследственность определяется генами хромосом и распространяется на большую часть признаков я свойств организма. Неядерная наследственность обусловлена генами митохондрий, хлоропластов, кинетосом, плазмид, эписом.
Изменчивость - способность организмов менять свои свойства я признаки. Формы изменчивости различны и зависят от многих причин. Наследственность закрепляет в потомстве формы изменчивости, связанные с наследственным материалом, т.е. является процессом, обеспечивающим сохранение не только сходств, но и различий организмов в ряду поколений.
Генетика раскрыла материальную основу и роль наследственности и изменчивости в эволюционном процессе.
Методы изучения
Указать, что закономерности наследственности и изменчивости изучают на различных, объектах: нуклеиновых кислотах, отдельных генах, хромосомах, органеллах, клетках, микроорганизмах, организмах растений, животных, человека и их популяций.
Генетический анализ проводятся с помощью следующих методов:
- Гибридологический - подбор родительских пар и анализ проявления в потомстве одного или нескольких признаков.
- Генеалогический - составление и изучение родословных, прослеживание признака по ряду поколений.
- Цитогенетический - изучение кариотипа при помощи микроскопирования.
- Популяционный - определение частоты отдельных генов и генотипов в популяции, расшифровка генетической структуры.
- Мутационный - выявление эффекта мутации, оценка мутагенной опасности отдельных факторов и окружающей среды.
- Феногенетический - выяснение влияния внешних факторов на наследственно обусловленные признаки.
Перечислить основные задачи генетики:
- решение актуальных проблем, стоящих перед человечеством в областях обеспечения пищевыми, энергетическими и сырьевыми ресурсами;
- сохранение здоровья человека;
- охрана окружающей среды и сохранение целостности биосферы.
Наследственность. Современные представления о строении, свойствах и функциях гена.
Объяснить, что в настоящее время ген рассматривается как структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определенного признака или свойства. Ген является главным звеном в совокупности структур и процессов, обеспечивающих появление в клетке определенного продукта (белка или РНК). Ген и цитоплазма находятся в непрерывном единстве, так как реализация информации, содержащейся в гене, возможна только в цитоплазме.
Перечислить свойства гена:
- дискретность - раздельность действия генов, осуществление контроля различных признаков генами, локусы которых в хромосоме не совпадают;
- стабильность - сохранение в неизменном виде в ряду поколений;
- специфичность - контроль определенного признака данным геном;
- плейотропность - способность некоторых генов обусловливать развитие нескольких признаков (синдром Марфана);
- аллельность - существование одного гена в нескольких вариантах;
- градуальностъ - дозированность действия, способность обусловливать развитие признака определенной силы (количественного предела); с увеличением "доз" аллелей возрастает количество признака (окраска зерна у пшеницы, окраска глаз, кожи, волос у человека, величина початка, содержания сахара в корнеплодах и т.д.).
Отметить, что по функционально- генетическим признакам различают:
- Структурные гены содержат информацию о структурных, ферментативных белках, т-РНК, и-РНК.
- Гены-модуляторы подавляют, усиливают, уменьшают проявление данного признака.
- Гены-регуляторы координируют активность структурных генов.
Рассказать, что функциональная активность генов заключается в их способности к транскрипции, репликации, рекомбинации и мутации.
Транскрипция - переписывание информации с ДНК с целью ее использования для синтеза белка. Единицей транскрипции является транскриптон , включающий структурные и функциональные гены.
Репликация - удвоение молекулы ДНК, предшествующее распределению наследственного материала между дочерними клетками. Единицей репликация является репликон - фрагмент ДНК, состоящий из 100-200 нуклеотидов.
Рекомбинация - обмен участками между гомологичными хромосомами - одни из механизмов наследственной изменчивости. Единицей рекомбинации является рекон (2 нуклеотида).
Мутация - изменение структуры гена - другой механизм наследственной изменчивости, создающий огромный материал для отбора. Единицей мутации является мутон (1-2 нуклеотида).
Основные понятия генетики
Дать определения следующим понятиям:
Кариотип - специфический набор хромосом, присущий организмам одного вида. Он характеризуется:
- постоянством числа хромосом;
- индивидуальностью хромосом;
- парностью хромосом;
- непрерывностью хромосом.
Аллельные гены (аллели) - разные варианты данного гена, несколько отличающиеся последовательностью нуклеотидов.
Множественный аллелизм - существование в популяции более двух аллелей данного гена. Примером являются три аллели I0, IА, IВ, ответственных за формирование в эритроцитах белков-антигенов, которые обусловливают принадлежность человека к определенной группе крови (в системе АВО).
Альтернативные признаки - взаимоисключающие признаки, которые не могут быть в организме одновременно. Их развитие детерминируется аллельными генами.
Гомозиготный организм - организм, у которого аллельные гены одинаково влияют на развитие данного признака. Гетерозиготный организм - организм, у которого аллельные гены по-разному влияют на развитие данного признака.
Доминантный ген (аллель) контролирует развитие признака, который проявляется у гетерозиготного (гибридного) организма. Рецессивный ген контролирует признак, развитие которого подавляется доминантным аллелей. Такой признак может проявиться только у гомозиготного, по данному аллелю, организма.
Генотип - совокупность генов, наследственных задатков данного организма. Под генотипом понимают совокупность аллелей в диплоидном наборе хромосом. Их совокупность в гаплоидном наборе хромосом называется геномом .
Фенотип - совокупность внутренних и внешних признаков организма, проявление генотипа в конкретных условиях среды. Фенотипическими признаками являются любые проявления гена: биохимические, иммунологические, морфологические, физиологические, поведенческие и т.д.
Взаимодействие генов
Рассматривая генотип, указать, что эта совокупность представляет собой систему взаимодействующих генов.
Взаимодействие происходит между аллельными и неаллельными генами, локализованными в одной и разных хромосомах.
Система генов образует сбалансированную генотипическую среду, которая влияет на функцию и проявление каждого гена. В результате формируется определенный фенотип организма, все признаки которого строго координированы по времени, месту и сипе проявления.
Взаимодействие аллельных генов выражается:
- полное доминирование, при котором проявление рецессивного аллеля полностью подавляется действием доминантного гена;
- неполное доминирование, при котором оба аллеля находят проявление в признаке, у гибридов возникает промежуточный признак;
- кодоминирование - проявление обоих аллельных генов в фенотипе и развитие двух признаков;
- сверхдоминирование - проявление более сильного (выраженного) признака у гибридов (гетерозигот) по сравнению с проявлением его у гомозигот по доминантным аллелям.
Взаимодействие неаллельных генов.
Большую группу взаимодействия неаллельных генов составляет модулирование одними генами функции других неаллельных генов. К ней относят:
Эпистаз - подавление одного гена другим неаллельным. В случае доминантного эпистаза подавляющее действие оказывает доминантный ген. Примером доминантного эпистаза является наследование окраски оперения у кур. Куры, имеющие гены окраски, но содержащие в генотипе доминантные гены - супрессоры, подавляющие действие генов окраски, оказываются неокрашенными.
Комплементарность - дополнение друг друга взаимодействующими генами. Взаимодействуя, неаллельные гены так дополняют друг друга, что их совместное действие приводит к появлению нового признака, который не появляется, если гены действуют отдельно друг от друга. Примером является наследование форм гребней у кур. От скрещивания кур с розовидной формой гребня (генотипы А-вв) с курами, имеющими гороховидную форму гребня (генотипы ааВ-), все поколение оказывается с совершенно новой ореховидной формой гребня (генотипы А-В-).
Полимерия - контролирование одного признака несколькими доминантными аллелями. Каждый аллель "доза" гена вносит одинаковый вклад в развитие признака.
Контролируемые такими генами признаки всегда имеют количественную характеристику и она зависит от "доз" доминантных аллелей, присутствующих в генотипе.
Полимерное наследование характерно для роста, телосложения, массы тела у человека, курчавости волос.
Гибридологический метод изучения наследственности
Отметить, что этот метод является центральным методом генетического анализа. Он разработан Г.Менделем и заключается в скрещивании организмов, отличающихся друг от друга одним или несколькими признаками.
Указать требования, предъявляемые Менделем к применению этого метода:
- различие родительских форм по контрастным признакам;
- четкость и стабильность анализируемых признаков;
- нормальная жизнеспособность и плодовитость потомства;
- многочисленность поколения и возможность количественного учета признака в опыте;
- использование чистых (гомозиготных) форм, у которых стойко прослеживается в поколениях анализируемый признак.
Подчеркнуть, что применение гибридологического метода позволило Г.Менделю прийти к следующим выводам:
- связь признака с наследственным фактором;
- материальность, дискретность, стабильность наследственных, факторов;
- специфичность наследственных факторов - контроль определенных признаков;
- парность наследственных факторов;
- о передаче их через гаметы и восстановлений парности при оплодотворении;
- о двух противоположных состояниях наследственных факторов: доминантном и рецессивном.
Отметить, что с помощью гибридологического метода Г. Мендель установил закономерности наследуемых признаков:
- единообразие в первом поколении;
- расщепление признаков на альтернативные варианты среди особей второго поколения;
- независимое комбинирование признаков родителей у потомства.
Законы наследования, установленные Менделем. Моногибридное скрещивание. Закон единообразия первого поколения.
Объяснить, что Мендель проводил исследование на 22 сортах гороха, выбрав для анализа 7 пар контрастных признаков. Это растение соответствовало всем требованиям, необходимым для эксперимента:
- наличие четко выраженных контрастных признаков, которые наследовались и проявлялись в поколениях;
- самоопыляемость, что позволило исследовать в опытах чистые (гомозиготные) растения;
- получение многочисленного потомства (признака учитывались количественно, результаты опытов подвергались математической обработке)
- достаточные жизнеспособность и плодовитость.
Г.Мендель скрещивая два сорта гороха, отличающихся друг от друга одной парой контрастных признаков - цветом семян. Первый сорт имел желтую окраску семян, второй – зеленую. Оба сорта были чистыми, т.е. стойко сохраняли свой признак в поколениях при предшествующих скрещиваниях.
Все первое поколение оказалось с желтыми семенами. Мендель назвал желтый цвет доминирующим - преобладающим, а. зеленый рецессивным - исчезающим. Он же ввел символическое обозначение признаков и записи результатов:
А - желтый цвет семени; а - зеленый;
Р - родительские организмы; Г - гаметы;
х - скрещивание родительских форм;
F 1.2.3... - поколения от скрещивания.
Из этой символической записи видно, что до цвету семян все растения оказались одинаковыми с доминантным признаком, по генотипу все гибриды были гетерозиготными.
Наблюдаемые результаты Мендель назвал правилом доминирования. Позже правило получало название 1-го закона Менделя - закона единообразия первого поколения:
При скрещивании организмов, различающихся, по одной паре контрастных признаков, первое поколение единообразно по фенотипу и генотипу. По фенотипу все поколение характеризуется доминантным признаком, по генотипу все поколение гибридно (гетерозиготно).
Закон расщепления, признаков у гибридов второго поколения.
Рассказать, что из гибридных семян F 1 , Мендель вырастил горох. скрестил его путем самоопыления и получил в F 2 растения с желтыми и зелеными семенами. Это явление Мендель назвал расщеплением признаков. Наблюдаемое явление выражалось соотношением 3:1 (75% растений имели доминантный признак, 25% - рецессивный).
На основании полученных результатов Мендель сформулировал 2-й закон расщепления: В потомстве, полуденном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается расщепление признаков в отношении 3:1. Четверть поколения имеет рецессивный признак, три четверти - доминантный.
Выясняя причину такого расщепления, Мендель обнаружил, что внешне сходные особи отличаются по наследственным свойствам (генотипу). 1/3 растений с доминантным признаком в дальнейших поколениях не расщеплялась. Мендель назвал их гомозиготными – равно наследственными (АА). 2/3 растений с доминантными признаками давали такое же расщепление признаков, как родители, в отношении 3:1.. Мендель назвал их – разно наследственными гетерозиготными (Аа). Растения с рецессивными признаками (аа) также не давали расщепления признаков, т.е. были гомозиготными.
Эти опыты показали, что наблюдаемое расщепление по фенотипу сопровождается расщеплением по генотипу в соотношении 1:2:1
Р(F 1) Аа х Аа
Г       А; а       А; а
F 2       АА; Аа; Аа; аа,
где одна часть (25%) - поколения АА,
две части (50%) - поколения Аа,
одна часть (25%) - поколения аа.
Закон (гипотеза) "чистоты" гамет.
Характеризуя этот закон, надо, прежде всего, сказать, что анализ признаков растений первого и второго поколений позволил Менделю установить, что рецессивный наследственный фактор, не проявившийся в F 1 не исчезает и не смешивается с доминантным. В F 2 оба наследственных фактора проявляются в чистом виде. А это возможно лишь в том случае, если гибриды F 1 образуют не гибридные, а "чистые» гаметы, одни из которых несут доминантный наследственный фактор, а другие - рецессивный.
Такое несмешивание альтернативных наследственных факторов в гаметах гибридного поколения получило название гипотезы "чистоты" гамет.
Гипотеза "чистоты" гамет явилась цитологической основой 1-го и 2-го законов Менделя. Она объяснила наблюдаемое расщепление по фенотипу и по генотипу и показала, чего оно носит вероятно-статистический характер и объясняется одинаковой вероятностью образования разных классов гамет у гибридов F 1 и одинаковой вероятностью их встречи в F 2 .
В настоящее время эта гипотеза получила полное цитологическое подтверждение. В процессе созревания гаметы проходят мейоз, в результате которого каждая гамета получает гаплоидный набор хромосом, а следовательно, один набор аллельных генов.
Анализирующее скрещивание.
Показать, что оно было разработано Менделем, который установил, что внешне одинаковые организмы могут различаться наследственными факторами, Для выяснения фенотипически одинаковых форм их скрещивают с организмами, гомозиготными по рецессивным генам, т.е. имеющими рецессивный признак.
Если в результате анализирующего скрещивания все поколение оказывается единообразным и похожим на организм, генотип которого анализируется, последний является гомозиготным.
Если в результате анализирующего скрещивания в поколении наблюдается расщепление в отношении 1:1, то генотип наследуемого организма - гетерозиготен.
F 1 Аа; аа 1:1
В данном случае поколение по генотипу и фенотипу как бы возвращается к родительским формам, поэтому такое анализирующее скрещивание Мендель назвал возвратным.
Анализирующее скрещивание широко используется в селекции животных, растений, в экспериментальной биологии для составления генетических карт хромосом.
Дигибридное скрещивание. Закон независимого комбинирования признаков во втором поколении. Отметить, что скрещивание, в котором анализируется наследование двух пар признаков, называется дигибридным.
Для скрещивания Мендель выбрал два признака: цвет семян и их форму. Родительские формы отличались двумя парами контрастных признаков и были "чистыми" (гомозиготными).
Первый сорт имел желтые и гладкие семена, второй - зеленые и морщинистые. Все первое поколение оказалось с желтыми и гладкими семенами. Доминировали желтый цвет и гладкая форма, что видно из символической записи:
А - желтый цвет семян,
а - зеленый,
В - гладкая форма,
в - морщинистая.
Р     ААВВ     х     аавв
Г       АВ                ав
F 1         АаВв   100% (желтые гладкие по фенотипу, дигетерозиготные по генотипу).
Правило доминирования проявилось в наследовании двух признаков одновременно. Скрещивание гибридов первого поколения вызвало появление растений с разными комбинациями признаков.
Признаки родителей наследовались независимо и по разному сочетались у потомства. Расщепление по фенотипу было 9:3:3:1. 9 частей имели оба доминантных признака, 3 части - первый доминантный, второй рецессивный, 3 части - первый рецессивный, второй доминантный, 1 часть - оба рецессивных признака.
Показать, что наблюдаемые во втором поколении комбинации признаков - результат случайной встречи гамет при оплодотворении. Для символического изображения второго поколения применяется решетка Пеннета.
Гаметы | АВ | Ав | аВ | ав |
АВ | ААВВ ж.г. | ААВв ж.г. | АаВВ ж.г. | АаВв ж.г. |
Ав | ААВв ж.г. | ААвв ж.м. | АаВв ж.г. | Аавв ж.м. |
аВ | АаВВ ж.г. | АаВв ж.г. | ааВВ з.г. | ааВв з.г. |
ав | АаВв ж.г. | Аавв ж.м. | ааВв з.г. | аавв з.м. |
ж. - желтые; г. - гладкие; з. - зеленые; м. - морщинистые.
Отсюда видно, что генотипы 9 частей растений с желтыми и гладкими семенами могут быть: ААВВ, АаВВ, АаВв, ААВв (А-В-):
3 части растений с желтыми и морщинистыми семенами - ААвв, Аавв (А-вв);
3 части растения с зелеными и гладкими семенами - ааВВ, ааВв (ааВ-);
1 часть растений с зелеными и морщинистыми семенами - аавв.
На основании наблюдений был сформулирован закон независимого комбинирования - 3-й закон Менделя: При скрещивании гомозиготных организмов, отличающихся друг от друга двумя и более парами альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всевозможных сочетаниях.
Каждая пара признаков, рассматриваемая отдельно, расщеплялась в отношении 3:1, соотношение желтых и зеленых семян было равно 12:4 = 3:1. Соотношение гладких и морщинистых семян было таким же 12:4 = 3:1.
Законы Менделя служат для анализа более сложных признаков, когда, родители различаются по трем и более парам признаков. При этом гаметы будут образовывать классы, согласно формуле 2n, где n - степень гибридности организма, а в основе фенотипического расщепления - моногибридное расщепление (3:1)n, где n - число пар анализируемых генов. У гетерозигот каждый ген увеличивает число классов гамет вдвое, а число классов генотипов втрое. Особи, гетерозиготная по n парам генов, производят 2n типов гамет и Зn различных генотипов.
Отметить, что закон независимого комбинирования признаков выполняется при следующих условиях:
- локализация генов в разных парах гомологичных хромосом;
- отсутствие всех видов взаимодействия аллельных к неаллельных генов, кроме полного доминирования;
- одинаковая селективная ценность (выживание) всех генотипов;
- отсутствие плейотропного действия генов.
Сцепление генов. Кроссинговер. Хромосомная теория Моргана.
Указать, что в 1906 г. У. Бэтсон и Р. Пеннет, изучая наследование двух пар аллельных генов у душистого горошка, обнаружили расщепление, отличающееся от соотношений, установленных Менделем.
При скрещивании гомозиготных растений, отличающихся двумя парами контрастных признаков ААВВ х аавв, они ожидали в F 2 образование 4 фенотипических классов в отношении 9:3:3:1. Вместо этого появилось фенотипическое расщепление на 2 класса в отношении, близком 3:1 (преобладали растения с сочетаниями признаков, которые были у родительских форм).
При анализе этого явления оказалось, что гены А и В локализовались в одной хромосоме и наследовались вместе (как один ген). Гибриды первого поколения образовывали не 4, а 2 вида гамет. Это видно из символической записи:
P (F 1)     А В     х     А В
              а в            а в
Г         АВ, ав         АВ, ав
F 2     А В,     А В,     А В,     а в
        А В,     а в,      а в,     а в
                  3               1
Стало очевидным, что все гены, находящиеся в одной паре гомологичных хромосом, будут наследоваться вместе и проявлять во втором поколении картину моногенного наследования, т.е. будут наследоваться как одна пара аллельных генов, давая расщепление 3:1. Это явление получило название сцепленного наследования.
Явление сцепленного наследования получило разъяснение в работах американских генетиков во главе с Т.Морганом, создавших хромосомную теорию наследственности.
Удобным объектом для исследования сцепленного наследования оказалась мушка (дрозофила), она легко размножалась в пробирках, с питательной средой, давала многочисленное потомство, имела быструю смену поколений. большим преимуществом было наличие 4 пар гомологичных хромосом и большого количества мутантных вариантов (по форме крыльев и окраске глаз, числу, виду, размерам, распределению щетинок и т.д.). Признаки легко прослеживались в поколениях.
Школой Т.Моргана было установлено, что сцепление генов может нарушаться кроссинговером (процесс обмена фрагментами гомологичных хромосом). Это было продемонстрировано в опытах по скрещиванию серых длиннокрылых мух с серыми короткокрылыми. Все поколение от скрещивания оказалось с серой окраской тела и длинными крыльями.
Гены серой окраски и длинных крыльев были доминантными и располагались в одной хромосоме.
А - серая окраска тела,
а – черная,
В - длинные крылья,
в - короткие.
(серые длиннокрылые)
Затем проводили анализирующее скрещивание гибридов F 1 . Предполагая полное сцепление между генами А и В, ожидали два вида гамет и два фенотипических класса в F 2: 50% - серых длиннокрылых мух и 50% черных короткокрылых, а получили их по 41,5%. В F 2 оказалось не 2, а 4 фенотипических класса. Кроме ожидаемых фенотипов, оказалось 8,5% - серых короткокрылых и 8.5% черных и длиннокрылых мух. В части гамет у самок прошел кроссинговер, что привело к появлению в потомстве особей с новыми сочетаниями признаков. Такие формы получили название кроссоверных .
Кроссоверные формы
Поскольку все гаметы самцов были полностью одинаковыми, то процент кроссоверных форм в F 2 зависел от процента кроссоверных гамет самок, общее число которых составило 17%, Т. Морган установил, что различие в проценте кроссоверных особей зависит от расстояния между генами. Вероятность того, что кроссинговер произойдет между далеко расположенными генами, выше, чем между близкорасположенными генами.
Расстояние между генами в хромосомах принято обозначать в условных единицах - морганидах .
Морганида соответствует такому расстоянию между генами, при котором в потомстве наблюдается 1% кроссоверных особей.
Процент кроссинговера для разных пар генов не превышает 50, при расстоянии в 50 морганид и более гены наследуются независимо, несмотря на локализацию их в одной хромосоме.
На основании данных по кроссинговеру (у дрозофил) Т.Морган сформулировал основные положения хромосомной теории:
- Гены расположены в хромосомах линейно. Различные хромосомы содержат неодинаковое число генов: набор генов в каждой из негомологичных хромосом уникален.
- Каждый ген занимает в хромосоме определенное место (локус).
- Гены локализованные: в одной хромосоме представляют группу сцепления и наследуются совместно, число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом. Две гомологичные хромосомы следует рассматривать как одну групп сцепления.
- Нарушение сцепления происходят в результате кроссинговера.
- Частота кроссинговера между неаллельными генами, расположенными в одной хромосоме, зависит от расстояния между ними, и прямо пропорциональна ему.
- Расстояние между генами измеряется в морганидах. Одна морганида соответствует 1% кроссоверных фенотипов в потомстве.
- Частота кроссинговера является средством точного установления локализации генов в хромосоме.
Генетика пола.
Указать, что многообразие путей определения пола у разных организмов можно условно разделить на три группы:
- пол определяется во время оплодотворения - симгамное определение пола;
- пол определен до оплодотворения - прогамное определение пола;
- пол определяется механизмами, не связанными с оплодотворением - эпигамное определение пола.
Наиболее распространенным вариантом является определение пола у разных видов во время оплодотворения. Поскольку развитие пола зависит от получившегося в зиготе набора хромосом, оно получило название хромосомного определения пола.
Кариотипы (диплоидные наборы хромосом) их состоят из аутосом и половых хромосом. Кариотип женщин включает 22 пары аутосом и одну пару половых хромосом XX. Женский пол называют гомогаметным, так как он образует один вид гамет X.
Кариотип мужчин включает 22 пары аутосом, аналогичных женским аутосомам, и одну пару половых хромосом ХУ, мужской пол называют гетерогаметным. так как он образует два вида гамет X и У.
Первичное - теоретически предполагаемое соотношение подов 1:1. Вероятность рождения мальчиков и девочек одинакова - 50%.
Р     XX      ХУ
Г      X      X, У
F 1   XX;     ХУ
50% девочек   50% мальчиков (1:1)
Вторичное соотношение полов - соотношение их при рождении отличается от первичного. Мальчиков рождается на 6-7% больше, чем девочек, и составляет 106-100. В силу биологических и социальных особенностей мальчики погибают чаще. Третичное соотношение полов - их соотношение при половом созревании. Оно приближается к первичному 1:1.
У некоторых птиц, рептилий, амфибий а бабочек (тутового шелкопряда) гомогаметным полом являются самцы XX, а гетерогаметным полом ХУ самки. Практически пол этих животных определяется до оплодотворения гаметами самки.
У клопов рода протенор, кузнечиков, многоножек, нематод, жуков самки имеют две Х-хромосомы (XX), а самцы одну (ХО), Тип ХО получил название "протенор".
У перепончатокрылых (пчел, наездников, муравьев) пол зависит от плоидности яйцеклетки (у них нет половых хромосом). Из оплодотворенных яйцеклеток у пчел, имеющих 2n хромосом, развиваются самки - рабочие пчелы, из неоплодотворенных (n) - самцы (трутни).
Прогамное определение пола обусловлено различиями яйцеклеток из-за неодинакового количества цитоплазмы, питательных веществ. У коловраток, тлей, морских червей из крупных яйцеклеток развиваются самки, из мелких - самцы.
Сцепленное с полом наследование.
Рассказать, что признаки, гены которых расположены в подовых хромосомах, называются сцепленными с полом. Их наследование отличается от наследования признаков, гены которых локализованы в аутосомах.
В настоящее время в Х-хромосоме человека обнаружено около 150 генов, отвечающих за развитие самых разнообразных признаков, среди которых есть гены, отвечающие за нормальную свертываемость крови, развитие мышечной системы, сумеречного зрения, цветового зрения, потовых желез, верхних резцов и т.д. Все эти признаки обусловлены доминантными аллелями. Рецессивные аллели этих генов обуславливают заболевания: гемофилию - плохую свертываемость крови, дальтонизм - нарушение цветового зрения, ночную слепоту, мышечную дистрофию, отсутствие потовых желез.
Женский (гомогаметный) пол может быть гомозиготным и гетерозиготным но отношению к этим генам:
Х н Х н; Х н X h ; Х h Х h
Гетерозиготные организмы являются скрытыми носителями патологических генов.
Гетерогаметный мужской пол является гемизиготным но этим генам, так как У- хромосома не имеет аллелей этих генов Х н У; X h У
В У-хромосоме обнаружены гены дифференцировки семенников, тканевой совместимости, гены, влияющие на размер зубов, а также гены патологических признаков: раннего облысения, повышенной волосатости (гипертрихоза) и ген ихтиоза (тяжелое поражение кожи).
Так как У-хромосома передается только по мужской линии, эти признаки проявляются только у мужчин. Такси тип наследования называется голандрическим.
Особенность наследования генов, расположенных в Х-хромосоме, заключается в том, что скрытыми носителями патологических генов являются женщины, а фенотипическое проявление их наблюдается у мужчин:
Р               Х н X h       х       Х н У
Г             Х н,     X h           Х н,     У
F1   Х н X h             Х н Х н     Х н У;               X h У
    женщины-     женщина и мужчина     мужчина,
    носители               здоровые           больной гемофилией
Х h - гемофилия,
X н - нормальное свертывание крови.
От признаков, сцепленных с полом, следует отличать признаки, ограниченные полом . Признаки, проявляющиеся только у одного пола, относятся к признакам, ограниченным полом. Гены, определяющие их, могут находиться в аутосомах и половых хромосомах у самцов и самок, подчиняются закономерностям наследования обычных признаков. Это такие признаки, как яйценоскость, молочность, многоплодие, комолостъ.
Селекция этих признаков осуществляется через самцов и самок.
Изменчивость.
Охарактеризовать изменчивость, как свойство живых организмов существовать в различных формах. От нее зависит все разнообразие строения и функций на фоне их единого плана.
Различают два основных вида изменчивости:
- Фенотипическая - ограниченная только фенотипом, не затрагивающая наследственного материала, поэтому не передающаяся потомкам.
- Генотипическая - связанная с различными изменениями генотипа.
Фенотипическая изменчивость выражается в изменении фенотипических признаков, возникающих под влиянием факторов внешней среды. Они не затрагивают генотип, как правило, меняют активность фермента. Примером является изменение окраски шерсти гималайского кролика под влиянием температуры окружающей среды. Эмбрион развивается в условиях повышенной температуры, разрушающей фермент, необходимый для окраски шерсти, поэтому кролики рождаются совершенно белыми.
Вскоре после рождения темнеют отдельные части тела (конники ушных раковин, хвоста, носа), где температура ниже, чем в других местах, и фермент не разрушается. Если сбрить участок белой шерсти и охладить его до температуры +2°С, на этом месте вырастает черная шерсть. Фенотипическая изменчивость делится на случайную и модификационную.
Случайная возникает в результате совместного действия на организм многих факторов внешней среды. Она затрагивает разные признаки и не носит приспособительного характера. Она может возникать на любом этапе онтогенеза.
Модификационная возникает у генетически идентичных особей под влиянием внешних факторов. В сходных условиях среды она носит групповой и обратимый характер.
Например, картофель, выращенный из одного клубня, отличается кустистостью, величиной и формой клубней в зависимости от плодородия почвы и ухода. В коже всех людей под влиянием УФ-лучей откладывается защитный пигмент - меланин.
Проявление модификационной изменчивости ограничено нормой реакции. Под нормой реакции понимают пределы, в которых возможно изменение признака у данного генотипа. Это свойство генотипа обеспечивает развитие признака в зависимости от меняющихся условий среды. Классическим примером является смена шерстяного покрова у многих животных на зимний (более густой и светлый).
Норма реакции наследуется в отличие от самой модификационной изменчивости. Ее границы различны у разных признаков и у разных индивидуумов. Например, количество молока (удой) имеют широкую норму реакции, а жирность значительно уже. Еще более ограниченную норму реакции имеют такие признаки, как белки-антигены эритроцитов, определяющие группу крови, изменения которых под действием внешних факторов практически невозможно.
Модификации носят направленный характер, в отличие от мутаций, направления которых разнообразны. Интенсивность модификационных изменений пропорционально силе и продолжительности действующего фактора.
Генотипическая изменчивость связана с изменением генотипа, передается поколениям. Различают две формы генотипической изменчивости: комбинативную и мутационную, Комбинативная форма изменчивости связана с процессом полового размножения и новыми комбинациями генов родителей в генотипах детей.
Два механизма комбинативной изменчивости связанны с процессом созревания половых клеток - мейозом. Главный из них - независимое сочетание негомологичных хромосом, проходящее в анафазе первого мейотического деления. Вероятность таких сочетаний для человека составляет 2 23 . Вторым механизмом является обмен участков хромосом между гомологичными хромосомами (кроссинговер). Комбинации генов усиливаются случайным подбором родительских пар и случайной встречей гамет у одной и той же родительской пары при оплодотворении. В результате этого в зиготах возникают разнообразные комбинации генов, что создает многочисленные варианты.
Мутационная изменчивость.
Термин "мутация" был введен в 1901 г., Г. де Фризом. Мутацией он назвал внезапное появление нового наследственного признака. Причины и механизмы образования мутаций разнообразны. Классификация мутаций разнонаправлена.
- По месту возникновения различают соматические и генеративные мутации. Соматические мутации - мутации в соматических клетках. Передаются поколениям при вегетативном способе размножения, могут использоваться в селекции растений для получения новых сортов. Известными проявлениями соматических мутаций являются: пятна иной окраски на шкуре овец, пигментные пятна кожи, радужной оболочки глаз у человека, бородавки (папилломы) кожи, Генераптивные мутации - мутации в гаметах, передаются по наследству.
- По масштабу вовлечения в мутационный процесс различают генные, хромосомные и геномные мутации.
Генные (точковые) мутации - изменение нуклеотидной последовательности внутри гена, они выражаются в следующем:- выпадении нуклеотида;
- вставка нуклеотида;
- дупликация нуклеотида - удвоение одной или нескольких пар нуклеотидов;
- перестановка нуклеотидов.
Хромосомные мутации (аберрации) возникают в результате перестройки хромосом:- делеции - утрата хромосомой крупного участка;
- дупликации - удвоение участка хромосомы;
- транслокации - перенос участка одной хромосомы на другую неге мо логичную;
- инсерции - перенесение участка одной хромосомы или отдельны генов в другое место данной хромосомы; это так называемые мобильные гены, положения которых в хромосоме по-разному влияют на признак;
- инверсии - перестройка участка хромосомы с обращение его т 180°.
- полиплоидия - увеличение диплоидного числа хромосом путем добавления целых хромосомных наборов. У полиплоидных форм отмечается увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору (Зn - триплоид; 4n - тетраплоид, 5n - пентаплоид, 6n - гексаплоид). У животных и человека в некоторых внутренних органов (печень, почки) встречаются полиплоидные клетки, число которых увеличивается с возрастом - избирательная соматическая полиплоидия. Такие клетки обладают большими функциональными возможностями, чем диплоидные;
- анеуплоидия - изменение числа хромосом, при котором в диплоидном наборе может быть на одну хромосому больше или меньше нормы: 2n ± 1 хромосом;
- гаплоидия - уменьшение числа хромосом в соматических клетках до гаплоидного набора. Гаплоиды обнаруживаются в основном среди растений (дурман, кукуруза, пшеница). Их отличают меньшие размеры, сниженная жизнеспособность, бесплодие.
- Различают спонтанные и индуцированные мутации. Спонтанные мутации возникают под действием случайных мутагенных факторов, дозы и время которых строго не определены. Частота спонтанных мутаций одинакова для всех организмов и равна для одного гена 10 -7 - 10 -5 . Индуцированные мутации - мутации, вызванные мутагенными факторами, увеличивающие частоту спонтанных мутаций.
- По характеру проявления различают доминантные, полудоминантные и рецессивные мутации.
Доминантные сразу проявляются в фенотипе (например, полидактилия - многопалость).
Полудоминантные частично подавляют рецессивный ген, проявляются одновременно с ним, вызывая промежуточный признак.
Рецессивные передаются из поколения в поколение в составе гетерозигот, проявляются лишь в паре с такой же мутацией у гомозиготных по данным аллелям организмов. - По селективной ценности (значению для отбора) мутации делятся полезные и вредные.
Полезные способствуют развитию признаков, обеспечивающих организму преимущества в выживании и размножении. Затем они закрепляются отбором.
Вредные:- летальные - вызывают гибель организмов;
- полулетальные - резко снижают его репродукцию.
Мутагенные факторы можно разделить на 3 группы:
Генетика человека.
Отметить, что основные генетические закономерности имеют универсальное значение. Однако человек как объект генетических исследований имеет большую специфику, которая создает известные трудности в изучении его наследственности и изменчивости: невозможность применить гибридологический метод,
План лекции:
1. Актуальность биологических знаний в современном мире. Место общей биологии в системе биологических наук.
2. Методы изучения.
3. Понятие «жизнь» и свойства живого.
4. Уровни организации живого.
5. Практическое значение биологии.
1. Актуальность биологически знаний в современном мире.
БИОЛОГИЯ – наука о жизни во всех её проявлениях и закономерностях, управляющих живой природой. Название ее возникло из сочетания двух греческих слов: БИОС – жизнь, ЛОГОС – учение. Эта наука изучает все живые организмы.
Термин «биология» ввёл в научный оборот французский учёный Ж. Б. Ламарк в 1802 году. Предмет изучения биологии – живые организмы (растения, животные, грибы, бактерии), их строение, функции, развитие, происхождение, взаимоотношения со средой.
В органическим мире выделяют 5 царств: бактерии (дробянки), растения, животные, грибы, вирусы. Эти живые организмы изучаются соответственно науками: бактериология и микробиология, ботаника, зоология, микология, вирусология. Каждая из этих наук делится на разделы. Например, зоология включает энтомологию, териологию, орнитологию, ихтиологию и др. каждая группа животных изучается по плану: анатомия, морфология, гистология, зоогеография, этология и т.д. Кроме этих разделов можно назвать ещё: биофизика, биохимия, биометрия, цитология, гистология, генетика, экологи, селекция, космическая биология, генная инженерия и много других.
Таким образом, современная биология – комплекс наук, изучающих живое.
Но эта дифференцировка привела бы науку к тупику, если бы не было интегрирующей науки – общей биологии. Она объединяет все биологические науки на теоретическом и практическом уровнях.
· Что же изучает общая биология?
Общая биология изучает закономерности жизни на всех уровнях ее организации, механизмы биологических процессов и явлений, пути развития органического мира и его рациональное использование.
· Что может объединять все биологические науки?
Общая биология играет объединяющую роль в системе знаний о живой природе, поскольку в ней систематизируются ранее изученные факты, совокупность которых позволяет выявить основные закономерности органического мира.
· Какова цель общей биологии?
Осуществление разумного использования, охрана и воспроизведение природы.
2. Методы изучения биологии.
Основными методами биологии являются:
наблюдение (позволяет описать биологические явления),
сравнение (дает возможность найти общие закономерности в строении, жизнедеятельности различных организмов),
эксперимент или опыт (помогает исследователю изучить свойства биологических объектов),
моделирование (имитируются многие процессы, недоступные для непосредственного наблюдения или экспериментального воспроизведения),
исторический метод (позволяет на основе данных о современном органическом мире и его прошлом познать процессы развития живой природы).
Общая биология пользуется методами других наук и комплексными методами, которые позволяют изучать и решать поставленные задачи.
1. ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИЙ метод, или морфологический метод изучения. Глубокое внутренне сходство организмов может показать родство сравниваемых форм (гомология, аналогия органов, рудиментарные органы и атавизмы).
2. СРАВНИТЕЛЬНО – ЭИБРИОЛОГИЧЕСКИЙ - выявление зародышевого сходства, работы К. Бэра, принцип рекапитуляции.
3. КОМПЛЕКСНЫЙ – метод тройного параллелизма.
4. БИОГЕОГРАФИЧЕКИЙ – позволяет проанализировать общий ход эволюционного процесса в самых разных масштабах (сравнивание флор и фаун, особенности распространения близких форм, изучение реликтовых форм).
5. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ – позволяет улавливать направления естественного отбора по изменению распределения значений признака в популяциях на разных стадиях ее существования или при сравнении разных популяций.
6. ИММУНОЛОГИЧЕКИЙ – позволяет с большой степенью точности выявить «кровное родство» разных групп.
7. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ – позволяет определить генетическую совместимость сравниваемых форм, а значит, определить степень родства.
Нет ни одного «абсолютного» или совершенного метода. Целесообразно использовать их в комплексе, поскольку они взаимодополняемы.
3. Понятие «жизни» и свойства живого.
Что такое жизнь?
Одно из определений более 100 лет назад дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ
существования белковых тел, непременное условие жизни - постоянный обмен
веществ, с прекращением которого прекращается и жизнь.»
По современным представлениям, жизнь - это способ существования открытых коллоидных систем, обладающих свойствами саморегуляции, воспроизведения и развития на основе геохимического взаимодействия белков, нуклеиновых кислот других соединений вследствие преобразования веществ и энергии из внешней среды.
Жизнь возникает и протекает в виде высокоорганизованных целостных биологических систем. Биосистемами являются организмы, их структурные единицы (клетки, молекулы), виды, популяции, биогеоценозы и биосфера.
Живые системы обладают рядом общих свойств и признаками, которые отличают их от неживой природы.
1.
Все биосистемы характеризуются высокой упорядоченностью
, которая
может поддерживаться только благодаря протекающим в них процессам. В состав
всех биосистем, лежащих выше молекулярного уровня, входят определенные элементы (98% химического состава
приходится на 4 элемента: углерод,
кислород, водород, азот, а в общей массе веществ основную долю составляет вода
- не мене 70 – 85%). Упорядоченность клетки проявляется в том, что для нее
характерен определенный набор клеточных компонентов, а упорядоченность
биогеоценоза - в том, что в его состав входят определенные функциональные
группы организмов и связанная с ними неживая среда.
2.
Клеточное строение
: Все
живые организмы имеют клеточное строение, за исключением вирусов.
3.
Метаболизм
. Все живые организмы способны к обмену веществ с
окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания и дыхания,
и выделяя продукты жизнедеятельности. Смысл биотических круговоротов
заключается в преобразовании молекул, обеспечивающих постоянство внутренней
среды организма и, таким образом, непрерывность его функционирования в
постоянно меняющихся условиях внешней среды (поддержание гомеостаза) .
4. Репродукция, или самовоспроизведение
, - способность живых
систем воспроизводить себе подобных. Этот процесс осуществляется на всех
уровнях организации живого;
а) редупликация ДНК - на молекулярном уровне;
б) удвоение пластид, центриолей, митохондрий в клетке - на субклеточном уровне;
в) деление клетки путем митоза - на клеточном уровне;
г) поддержание постоянства клеточного состава за счет размножения отдельных
клеток - на тканевом уровне;
д) на организменном уровне репродукция проявляется в виде бесполого размножения
особей (увеличение численности потомства и преемственность поколений
осуществляется за счет митотического деления соматических клеток) или полового
(увеличение численности потомства и преемственность поколений обеспечиваются
половыми клетками - гаметами).
5.
Наследственность
заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и
особенности развития из поколения в поколение. .
6. Изменчивость
- это способность организмов приобретать новые
признаки и свойства; в ее основе лежат изменения биологических матриц - молекул
ДНК.
7.
Рост и развитие
. Рост -
процесс, в результате которого происходит изменение размеров организма (за счет
роста и деления клеток). Развитие - процесс, в результате которого происходит
качественно изменение организма. Под развитием живой природы - эволюции
понимают необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой
природы, которое сопровождается приобретением адаптации (приспособлений),
возникновением новых видов и вымиранием прежде существовавших форм. Развитие живой
формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или
онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.
8.
Приспособленность
. Это
соответствие между особенностями биосистем и свойствами среды, с которой они
взаимодействуют. Приспособленность не может быть достигнута раз и навсегда, так
как среда непрерывно меняется (в том числе благодаря воздействию биосистем и их
эволюции). Поэтому все живые системы способны отвечать на изменения среды и
вырабатывать приспособления ко многим из них. Долгосрочные приспособления
биосистем осуществляются благодаря их эволюции. Краткосрочные приспособления
клеток и организмов обеспечиваются благодаря их раздражимости.
9
. Раздражимость
. Способность
живых организмов избирательно реагировать на внешние или внутренние
воздействия. Реакция многоклеточных животных на раздражение осуществляется
через посредство нервной системы и называется рефлексом. Организмы, которые не
имеют нервной системы, лишены и рефлексов. У таких организмов реакция на
раздражение осуществляется в разных формах:
а) таксисы - это направленные движения организма в сторону раздражителя
(положительный таксис) или от него (отрицательный). Например, фототаксис - это
движение в направлении к свету. Различают также хемотаксис, термотаксис и др.;
б) тропизмы - направленный рост частей растительного организма по отношению к
раздражителю (геотропизм - рост корневой системы растения по направлению к
центру планеты; гелиотропизм - рост побеговой системы по направлению к Солнцу,
против силы тяжести);
в) настии - движения частей растение по отношению к раздражителю (движение
листьев в течение светового дня в зависимости от положения Солнца на небосводе
или, например, раскрытие и закрытие венчика цветка).
10
. Дискретность (деление на
части)
. Отдельный организм или иная биологическая система (вид, биоценоз
др.) состоит из отдельных изолированных, т. е. обособленных или отграниченных в
пространстве, но, тем не менее, связанных и взаимодействующих между собой
частей, образующих структурно-функциональное единство. Клетки состоят из
отдельных органоидов, ткани - из клеток, органы - из тканей и т. п. Это
свойство позволяет осуществить замену части без остановки функционирования
целостной системы и возможность специализации различных частей на неодинаковых
функциях.
11. Авторегуляция
- способность живых организмов, обитающих в
непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство
своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов -
гомеостаз. Саморегуляция обеспечивается деятельностью регуляторных систем -
нервной, эндокринной, иммунной и др. В биологических системах надорганизменного
уровня саморегуляция осуществляется на основе межорганизменных и
межпопуляционных отношений.
12
. Ритмичность
. В биологии
под ритмичностью понимают периодические изменения интенсивности физиологических
функций и формообразовательных процессов с различными периодами колебаний (от
нескольких секунд до года и столетия).
Ритмичность направлена на согласование функций организма с окружающей средой,
т. е. на приспособление к периодически меняющимся условиям существования.
13.
Энергозависимость.
Живые
тела представляют собой "открытые" для поступления энергии системы.
Под "открытыми" системами понимают динамические, т. е. не находящиеся
в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к
ним энергии и материи извне. Таким образом, живые организмы существуют до тех
пор, пока в них поступают энергия в виде пищи из окружающей среды.
14. Целостность - живая материя определенным образом организована, подчинена ряду специфических законов, характерных для неё.
4. Уровни организации живой материи.
Во всём многообразии живой природы можно выделить несколько уровней организации живого. Просмотр учебного фильма «Уровни организации живого» и на его основе составление краткого опорного конспекта.
1. Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.
2. Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии.
5. Биогеоценотический. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.
6. Биосферный. Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов.
5. Практическое значение общей биологии.
o В БИОТЕХНОЛОГИИ – биосинтез белков, синтез антибиотиков, витаминов, гормонов.
o В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ – селекция высокопродуктивных пород животных и сортов растений.
o В СЕЛЕКЦИИ МИКРОООРГАНИЗМОВ.
o В ОХРАНЕ ПРИРОДЫ – разработка и внедрение методов рационального и рачительного природоиспользования.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение «биологии». Кто предложил данный термин?
2. Почему современную биологию считают комплексной наукой? Из каких подразделов состоит современная биология?
3. Какие специальные науки можно выделить в биологии? Дайте их краткую характеристику.
4. Какие методы исследования используют в биологии?
5. Приведите определение понятия «жизнь».
6. Почему живые организмы называют открытыми системами?
7. Перечислите основные свойства живого.
8. Чем отличаются живые организмы от неживых тел?
9. Какие уровни организации характерны для живой материи?
Общая биология
Следует отметить, что по мнению ученых, в современной науке, результаты которой обычно публикуют в журналах с высоким импакт-фактором , такой науки как «Общая биология» (General Biology), аналогично «общей физике» , не существует. Однако в ведущих университетах читаются курсы для бакалавров первого года обучения, то есть «Общая биология» существует лишь как вводный в биологию учебный курс.
История
В 1802 году возникает термин биология. Г. Р. Тревиранус определяет биологию как науку о общих характеристиках у животных и растений, а также специальных предметных рубрик, которые изучали его предшественники, в частности К. Линней .
В 1832 году издается книга «Allgemeine Biologie der Pflanzen» («Общая биология растений») (Гpeйфcв., 1832), является переводом книги «Lärobok i botanik» Карла Агара .
Уже в 1883 году читаются курсы по общей биологии в университете Новой Зеландии .
Общую биологию как отдельный курс начали преподавать в первой половине XX века , что было связано с успехами в изучении клетки , микробиологическими исследованиями , открытиями генетики , словом - превращением биологии из вспомогательной, частной, описательной науки (зоология, ботаника, систематика) в самостоятельную и чрезвычайно востребованную область знаний.
В 1940 году академиком И. И. Шмальгаузеном основан «Журнал общей биологии» .
Видимо первой книгой (учебником) по общей биологии на русском языке была В. В. Маховко, П. В. Макаров, К. Ю. Кострюкова Общая биология Издательство: Государственное издательство медицинской литературы, 1950 г. 504 стр. .
Как учебная дисциплина общая биология преподаётся в старших классах средней школы с 1963 года, а в 1966 году была опубликована книга «Общая биология» под редакцией Ю.И.Полянского, используемая в качестве учебного пособия.
Основные разделы
Традиционно общая биология включает: цитологию , генетику , биологическую химию , молекулярную биологию , биотехнологию [нет в источнике ] , экологию , биологию развития , эволюционное учение , учение о биосфере и учение о человеке (биологический аспект) [нет в источнике ] .
Значение общей биологии
Связанные науки
Теоретическая биология
См. также
- Частная биология
Примечания
Литература
- Jane M. Oppenheimer, Reflections on Fifty Years of Publications on the History of General Biology and Special Embryology, Vol. 50, No. 4 (Dec., 1975), pp. 373-387
- Гродницкий Д. Л., Сравнительный анализ школьных учебников по Общей Биологии, 2003
- Основы общей биологии (Kompendium Der Allgemeinen Biologie, ГДР) Под общей редакцией Э.Либберта М.: Мир, 1982. 436 стр.
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Общая биология" в других словарях:
БИОЛОГИЯ - БИОЛОГИЯ. Содержание: I. История биологии.............. 424 Витализм и машинизм. Возникновение эмпирических наук в XVI XVIII вв. Возникновение и развитие эволюционной теории. Развитие физиологии в XIX в. Развитие клеточного учения. Итоги XIX века … Большая медицинская энциклопедия
- (греч., от bios жизнь, и logos слово). Наука о жизни и ее проявлениях у животных и растений. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. БИОЛОГИЯ греч., от bios, жизнь, и logos, слово. Учение о жизненной силе.… … Словарь иностранных слов русского языка
БИОЛОГИЯ - уч. предмет в школе; основы знаний о живой природе. Отражает совр. достижения наук, изучающих строение и жизнедеятельность биол. объектов всех уровней сложности (клетка, организм, популяция, биоценоз, биосфера). Шк. курс Б. включает разделы:… … Российская педагогическая энциклопедия
- (от Био... и...Логия совокупность наук о живой природе. Предмет изучения Б. все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ, их распространение, происхождение и развитие, связи друг с другом и с неживой… … Большая советская энциклопедия
- (теория систем) научная и методологическая концепция исследования объектов, представляющих собой системы. Она тесно связана с системным подходом и является конкретизацией его принципов и методов. Первый вариант общей теории систем был… … Википедия
I Биология (греч. bios жизнь + logos учение) совокупность естественных наук о жизни как особом явлении природы. Предметом изучения служат строение, функционирование, индивидуальное и историческое (эволюция) развитие организмов, взаимоотношения их … Медицинская энциклопедия
БИОЛОГИЯ - (от греч, bios жизнь и logos учение), совокупность наук о живой природе. Предмет изучения все проявления жизни: строение и функции живых организмов, их распространение, происхождение, развитие, связи друг с другом и с неживой природой. Термин… … Ветеринарный энциклопедический словарь
Биология - учебный предмет в школе; основы знаний о живой природе. Отражает современные достижения наук, изучающих строение и жизнедеятельность биологических объектов всех уровней сложности (клетка, организм, популяция, биоценоз, биосфера). Школьный… … Педагогический терминологический словарь
Биология общая - – часть биологии, изучающая и объясняющая общее, верное для всего многообразия организмов на Земле … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных
У этого термина существуют и другие значения, см. Дисперсия. Дисперсия термин, обозначающий разнообразие признаков в популяции. Одна из количественных характеристик популяции. Для описания бесполой и гермафродитной популяции кроме дисперсий по… … Википедия
Книги
- Общая биология , В. М. Константинов , А. Г. Резанов , Е. О. Фадеева , Учебник посвящен общим вопросам современной биологии. В нем приведены основные сведения о структуре живой материи и общие законы ее функционирования. Изложены темы учебного курса:… Категория: