Главная проблема любых попыток популяризации науки - это постоянные сбои в тео­рии разума, theory of mind: неспособность поставить себя на место читателя или слушателя, чтобы понять, какие вещи кажутся ему самоочевидными и скучными, а какие кажутся непо­нятными и нуждаются в подробных объяснениях.

Попытки прямого диалога между акаде­мическими учеными и широкой общественностью за редкими исключениями не пользуются популярностью, потому что в своих логических построениях ученые склонны перескаки­вать через два-три звена, абсолютно самоочевидных для профессионала, но непонятных без дополнительного объяснения нормальному человеку, который про ДНК последний раз слы­шал в школе и вообще у него голова совершенно другим занята.

ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота, - это та самая красивая двойная спираль, на которой закодирована вся информация о строении белков нашего тела. В каждой клетке хра­нится 46 длинных-длинных молекул ДНК - в свернутом виде они называются хромосомами. Если размотать хромосомы, то общая длина ДНК в каждой нашей клетке составит 2 метра - или 3,2 млрд нуклеотидных пар.

Молекула ДНК - это цепочка из нуклеотидов. Их обозначают четырьмя буквами - A, G, T, C (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Именно последовательность этих букв (AAGGGTCAAGGAACCATC и так далее) определяет, могут ли ферменты прочитать дан­ный участок ДНК и построить на его основе что-нибудь полезное: сначала молекулу-посред­ник, РНК, а потом, если повезет, и белок, - а если да, то какое именно. Если такое прочте­ние возможно, то данный участок ДНК называется ген. У человека примерно 25 тыс. генов, кодирующих белки, и каждый из них представлен в двух копиях, полученных от мамы и от папы, так что на каждую отдельную хромосому в среднем приходится чуть больше тысячи генов.

Самое ценное свойство нуклеотидов - это комплементарность, или распределение на парочки. Аденин с большим удовольствием формирует водородные связи с тимином, а гуа­нин - с цитозином. Двойная спираль образуется именно за счет того, что в двух цепочках ДНК напротив друг друга всегда находятся предсказуемые нуклеотиды: A-T, C-G, T-A, G-C. Именно благодаря этому свойству клетка способна удваивать ДНК: в этот момент двойная спираль расплетается, и ферменты приставляют напротив каждого аденина тимин, а напро­тив каждого цитозина - гуанин. В итоге получаются две новых двойных спирали, в каж­дой одна старая нить и одна свежедостроенная по принципу комплементарности. Их можно будет теперь свернуть в плотно упакованные хромосомы и разнести по двум новым дочер­ним клеткам. Это же замечательное свойство делает наш генетический материал относи­тельно устойчивым к мутациям: если испортилась только одна нить ДНК, то ферменты все­гда смогут починить ее, используя вторую в качестве справочного материала.

Комплементарность необходима и для считывания информации. В этом случае фер­мент ползет вдоль какого-нибудь гена и строит молекулу РНК, рибонуклеиновой кислоты. Она устроена примерно так же, как ДНК, но только она (как правило) одноцепочечная, а вме­сто тимина там другой нуклеотид, урацил. Но строится она именно благодаря комплементар­ности: напротив цитозина из ДНК ферменты ставят в новую РНК гуанин, напротив тимина - аденин, напротив гуанина - цитозин, ну а напротив аденина, что же делать, урацил. И тоже получается какая-нибудь осмысленная последовательность букв, например, из приведен­ного двумя абзацами выше участка ДНК ферменты построят UUCCCAGUUCCUUGGUAG. После того как РНК построена, она может выйти из ядра и сама начать делать что-нибудь полезное в клетке. Вообще сейчас считается, что именно РНК были самыми первыми слож­ными молекулами в живой природе и какое-то время они сами и хранили информацию, и выполняли функции белков, но потом придумали, как построить ДНК в качестве надежной библиотеки данных и как построить белки в качестве разнообразных эффективных помощ­ников во всем клеточном домашнем хозяйстве. Но сегодня ключевой функцией РНК стал перенос информации, нужной для синтеза белков, от ДНК в цитоплазму клетки, где они будут построены.

Белки - это длинные цепочки аминокислот. От того, в какой последовательности ами­нокислоты соединены друг с другом, зависит, какую форму примет готовый белок, как будут распределены заряды по его поверхности и, соответственно, что он сможет делать: пере­носить кислород, заставлять мышцы сокращаться, уничтожать бактерии, пропускать ионы через мембрану клетки, воспринимать свет или превращать целлюлозу в сахар. В принципе любая задача, возникающая в клетке, может быть решена с помощью какого-нибудь белко­вого комплекса. Если бы это зачем-то понадобилось в эволюции, клетка могла бы произво­дить белки в виде Эйфелевой башни, или белки, способные превращать газированную воду в вино, или, допустим, белки, которые превращались бы в страшный яд под воздействием гормонов стресса (если ты такой нервный, то зачем тебе жить).

Именно последовательность аминокислот и закодирована в генах. После того как из ДНК информация была переписана на РНК, начинается трансляция - строительство белка. При этом букв-нуклеотидов в РНК всего четыре, а базовых аминокислот - 20, и поэтому каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов. Этот язык рас­шифрован, словарик есть в каждом школьном учебнике, так что, зная последовательность нуклеотидов, можно предсказать, какой будет по следовательность аминокислот (обратная операция намного сложнее, потому что одна и та же аминокислота может кодироваться раз­ными наборами нуклеотидов). Например, из кусочка РНК, который мы тут уже рассматри­вали, - UUC CCA GUU CCU UGG UAG - получится пептидная цепочка “фенилаланин - пролин - валин - пролин - триптофан”. На этом синтез оборвется, потому что последние три нуклеотида - UAG - не кодируют никакую аминокислоту, это знак препинания, он означает “конец белка”.

Каждый человек наследует эти генетические инструкции от родителей. Из тех 46 хро­мосом, которые есть в каждой клетке тела, ровно 23 принес сперматозоид и 23 были в яйцеклетке. За исключением генов Y-хромосомы (и, соответственно, Х-хромосомы, если вы мужчина и она у вас всего одна), вся остальная информация продублирована. Гены, необ­ходимые для синтеза гемоглобина, коллагена, иммуноглобулинов, протеинкиназы М-зета и любого другого белка, мы получаем и от папы, и от мамы. Эти два варианта (аллели) одного и того же гена могут быть одинаковыми, а могут немного отличаться. Это очень хорошо: это означает, что если один ген сломан, то клетка будет пользоваться вторым и человек оста­нется более или менее здоров.

Одна из важных функций белков - это способность обеспечивать обмен информацией между клеткой и внешней средой, в роли которой у многоклеточного организма выступает межклеточное пространство. В мембрану каждой клетки встроено огромное количество бел­ков-рецепторов. На внеклеточной части рецептора есть участок, способный воспринимать поступающие сигналы. Если речь идет об органах чувств, то сигналом могут быть колебания воздуха, температура или свет, рецепторы на нейронах могут реагировать на изменения элек­трического потенциала, но в абсолютном большинстве случаев речь идет о взаимодействии с сигнальной молекулой (лигандом). Оно осуществляется просто за счет того, что сайт связы­вания - чувствительный участок данного рецептора - по своей форме и распределению заря­дов совпадает именно с этой молекулой идеально, как ключ с замком (это настолько навяз­шая в зубах метафора, которой пользуются абсолютно все, что, когда я однажды попыталась расспросить одного из своих коллег, как же все-таки устроен дверной замок, он посмотрел на меня снисходительно и начал объяснять: “Ну, представь себе мембранный рецептор...”).

Так вот, когда происходит связывание сигнальной молекулы с рецептором, то в ответ он изменяет свою конформацию (то есть способ укладки аминокислотной цепи в трехмерную структуру), и после этого в клетке начинает происходить что-нибудь новое. Если белок одно­временно и рецептор, и трансмембранный канал, то он откроется или закроется, и какие-нибудь молекулы начнут или перестанут проникать в клетку или выходить из нее. Если у рецептора есть каталитическая активность, то после активации его внутриклеточная часть начнет что-нибудь делать, например фосфорилировать проплывающие мимо белки (причем не какие попало, а те, которые нужно). Или рецептор может передать сигнал G-белку, а тот в ответ активирует свою альфа-субъединицу, и она отправится в свободное плавание, чтобы творить добро, - допустим, активирует аденилатциклазу, она превратит молекулу АТФ в сигнальную цАМФ, которая в свою очередь подействует на какую-нибудь протеинкиназу... В общем, произойдет каскад из десятка молекул, которые по принципу домино будут акти­вировать и подавлять друг друга, и в конечном итоге это приведет к запуску какого-нибудь ответа на сигнал со стороны клетки как целого.

Например, информация дойдет до ядра, там начнут считываться какие-нибудь гены, которые до этого были неактивны, и клетка начнет строить белки, которых у нее раньше не было. Или информация дойдет до каких-нибудь мембранных каналов, и они изменят свою миграционную политику - начнут впускать или выпускать что-то, чего раньше не замечали. Если речь идет о нервной клетке, то такие изме­нения в миграционной политике могут привести к изменению концентрации ионов внутри и снаружи клетки и, как следствие, к генерации нового нервного импульса, который в свою очередь может повлиять на поведение человека.

Я тут совершенно не ставлю себе задачу описать все возможные сигналы и все способы ответов на них. Я только хочу подчеркнуть, что все эти штуки на самом деле очень подробно изучены и с каждым годом накапливается все больше деталей. Современная молекулярная биология довольно твердо и четко представляет, что творится в клетке на уровне молекул: кто с кем связывается, почему это возможно, как они изменяются, как отрываются друг от друга, куда и почему плывут дальше. Все детали описаны в научных статьях, а все базовые принципы - в университетских учебниках (например, по цитологии), и если вы зададитесь во просом, какой именно молекулярный каскад происходит, когда молекула инсулина взаи­модействует с рецептором на поверхности мышечной клетки, то найти эту информацию не составит никакого труда. Я не стала вдаваться в такие детали в книжке, потому что это никто не стал бы читать.

Рецептор не обязательно расположен именно на мембране клетки. Некоторые сигналь­ные молекулы, например стероидные гормоны, умеют самостоятельно просачиваться сквозь мембрану, и тогда рецепторы к ним могут находиться внутри клетки - в цитоплазме или на оболочке ядра. Но дальше происходит все то же самое: рецептор меняет конформацию, воздействует таким образом на еще какой-нибудь белок, кто-нибудь отщепляет от кого-нибудь какую-нибудь молекулярную группу, появляются какие-нибудь новые сигнальные молекулы, они воздействуют, допустим, на рецепторы ядра, внутри него появляются другие сигнальные молекулы, связываются с ДНК, запускают или подавляют считывание какого-нибудь гена, и клетка опять же изменяет какую-нибудь свою активность.

Восприятие химических сигналов клеточными рецепторами - это основа работы нерв­ной системы. Каждая наша нервная клетка - нейрон - состоит из тела и множества отрост­ков: дендритов (их много, и они собирают информацию) и аксона (он, как правило, один, хотя обычно разветвляется в конце и отправляет информацию дальше, к следующим нейро­нам). Информация - это электрический ток, который движется по отростку благодаря работе мембранных каналов, которые в нужный момент запускают внутрь клетки ионы натрия, в нужный момент выпускают из клетки ионы калия, все это приводит к изменению электри­ческого заряда снаружи и внутри мембраны и к дальнейшему распространению сигнала. Но самое интересное начинается в тот момент, когда электрический импульс доходит до конца аксона. Просто перескочить на дендрит следующего нейрона он не может. Контакт между нейронами, синапс, устроен более сложно.

Абсолютное большинство нейронов млекопитающих общаются друг с другом с помо­щью нейромедиаторов. Когда электрический сигнал доходит до конца аксона, под его дей­ствием в синаптическую щель высвобождаются молекулы, заранее запасенные в пресинап­тическом пространстве. Это и есть нейромедиаторы - дофамин, норадреналин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота или любой другой из героев книжки. Они героически про­плывают десятки нанометров синаптической щели и связываются с рецепторами на постси­наптической мембране - а это приводит к тому, что второй нейрон тоже начинает впускать или выпускать ионы калия и натрия и генерирует свой собственный электрический ток (или, наоборот, блокирует всякую возможность возникновения потенциала, если речь идет о тор­мозном нейромедиаторе).

Прелесть такой системы передачи в том, что на нее возможно влиять множеством разных способов. Первый нейрон может выпускать множество разных нейромедиаторов в любых количествах. Он может захватывать их из синаптической щели обратно. В про­странстве между нейронами могут присутствовать ферменты, расщепляющие нейромеди­атор. Рецепторы могут быть более или менее чувствительны к нейромедиаторам. На все эти параметры можно влиять с помощью дополнительных молекул, как вырабатываемых в организме, так и купленных в аптеке, и таким образом в широких пределах модифициро­вать работу нейронов, а значит, и настроение, память, обучение. Еще один очевидный при­мер лигандов, связывающихся с рецепторами в многоклеточном организме, - это гормоны. В узком смысле гормонами называют вещества, которые вырабатываются специализиро­ванными эндокринными железами - эпифизом, надпочечниками, щитовидной железой и т д. Более современное определение включает любые вещества, которые вырабатываются в одних тканях и влияют на другие, например лептин, который производится жировыми клет­ками, или холецистокинин, вырабатывающийся в тонком кишечнике. Оба этих гормона-в- широком-смысле могут воздействовать на мозг, подавляя чувство голода.

Клетки могут принять решение о производстве гормона самостоятельно. Допустим, поджелудочная железа сама анализирует уровень сахара в крови и, если его становится много, вырабатывает больше инсулина, разрешающего клеткам забрать этот сахар и съесть его. Но присутствует и центральная регуляция: гипоталамус собирает всю информацию о составе крови, работе внутренних органов, состоянии мозга, времени суток и так далее, вырабатывает молекулярные сигналы для гипофиза, а тот в свою очередь выделяет гормоны, регулирующие работу организма как напрямую, так и за счет воздействия на все остальные эндокринные железы нашего тела.

Химическая природа гормонов разнообразна: в принципе почти любая молекула в ходе эволюции имеет шанс превратиться в посланника судьбы. В нашем случае две самые боль­шие группы - это стероидные и пептидные гормоны. Первые производятся на базе холесте­рина (да, это вообще ужасно важная и нужная молекула, без нее еще и клеточные мембраны не смогут существовать; хорошая новость в том, что организм умеет синтезировать холесте­рин самостоятельно, так что можно не следить специально за его присутствием в пище). К стероидным гормонам относятся все главные половые гормоны (эстрадиол, тестостерон и т д.) и все кортикостероиды, в том числе “гормон стресса” кортизол. Стероидные гормоны легко проникают сквозь клеточные мембраны, так что рецепторы к ним расположены не на поверхности клеток, а внутри. Пептидные гормоны - это цепочки аминокислот. Их не называют белками, потому что не доросли и не заслужили: белки длинные, а пептиды корот­кие. Например, в окситоцине всего девять аминокислот. В инсулине две цепи, А и В, первая состоит из 21, а вторая из 30 аминокислот. Впрочем, пептидные гормоны синтезируются как классические белки, и первоначально они вполне длинные, просто потом разрезаются на несколько кусочков, один из которых становится гормоном, а другие тоже на что-нибудь пригождаются. Но абсолютное большинство пептидных гормонов вырабатываются в гипо­таламусе и гипофизе, и поэтому судьба побочных продуктов их производства изучена еще не полностью - тут с главными бы продуктами окончательно разобраться.

Существует много гормонов, которые не являются ни стероидами, ни пептидами. Своя особенная структура, например, у гормонов щитовидной железы, или у адреналина, или у мелатонина. Этот последний - производное триптофана, то есть аминокислоты, но одной- единственной. Триптофан превращается в серотонин, а серотонин в свою очередь в мелато­нин. В популярных статьях о диетах нередко встречается утверждение, что бананы богаты триптофаном, а значит, их надо есть ради синтеза серотонина и улучшения настроения. Это сомнительно: с тем же уровнем достоверности можно предположить, что из излишков серо­тонина будет синтезирован мелатонин и в лучшем случае вам захочется спать, а в худшем начнется сезонная депрессия. Есть научные исследования о том, что при остром недостатке триптофана в диете настроение действительно падает, но неполноценное питание вообще не способствует личному благополучию; а вот идея о том, что надо есть именно бананы, чтобы быть счастливыми, - это, видимо, все-таки городская легенда.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РФ

Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия

КАФЕДРА БИОЛОГИИ, ВЕТЕРИНАРНОЙ ГЕНЕТИКИ,

К у р с л е к ц и й

П О Д И С Ц И П Л И Н Е

УЛЬЯНОВСК - 1999 год.

г. Ульяновск, ГСХА, 1999, 138 с.

Рецензенты: д.б.н., профессор Васильев Д.А.

зав.кафедрой экологии Красноярского Аграрного

Университета профессор Горбачев В.Н.

Печатается по решению Ученого совета УГСХА,

 Романова Е.М., 1999

 УГСХА, 1999

Тема 1. Введение в биологию

1. ПРЕДМЕТ БИОЛОГИИ.

2. БИОЛОГИЯ КАК СИСТЕМА НАУК.

3. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК.

1. Предмет биологии

Термин биология был введен в 1802 г. Ж.Б.Ламарком. Биология - это совокупность наук о живой природе. Предметом биологии являются все проявления жизни: строение и функции, происхождение и развитие, распространение и многое другое. Общая биология изучает общие закономерности развития живой природы, раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие.

По классическому определению Ф.Энгельса жизнь - "это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка". Современные определения жизни основаны на достижениях биологии 20 века они глубоко материалистичны, хотя не сводят жизнь только к физико-химическим закономерностям, свойственным неживой природе. Только живая природа на нашей планеты обладает способностью к матричному синтезу ДНК, обмену веществ и прогрессивной эволюции. Живое на нашей планете возникло из неживого, поскольку оно энергетически выгоднее. По сравнению с неживой природой живое можно рассматривать как форму движения материи более высокого уровня.

Биология в начале своего развития решала чисто описательные задачи, но затем обратилась к изучению механизмов функционирования живого. В биологии живых организмов можно обнаружить множество чисто физических явлений: циркуляция крови, давление, проведение нервных импульсов, оптические свойства глаза. Понять эти процессы можно только использовав знания точных наук - физики и химии.

У всех живых существ можно обнаружить множество общих черт. Самое общее то, что они состоят из клеток. Каждая клетка является сложной саморегулирующейся химической "лабораторией".

Большую роль в жизнедеятельности клетки и организма играют ферменты, которые облегчают протекание химических реакций. Зачастую клеточные химические механизмы столь сложны, что их невозможно воспроизвести в лабораторных условиях. Благодаря действию ферментов, в биохимических процессах не нарушается ни один из физических законов. Знание химии необходимо для понимания тонких процессов, протекающих на клеточном уровне.

Современная биологи пользуется не только законами физических и химических наук, но и их методами. В частности, для анализа сложных, многоступенчатых биохимических процессов используется метод меченых атомов. В качестве таких меток выступают изотопы.

Вспомним, что химические свойства атомов определяются числом электронов, а не массой ядра. Например, в химическом отношении С (12) и (14) не отличаются, но С (14) радиоактивный изотоп, с его помощью можно весьма точно проследить за малыми порциями веществ и их превращениями в организме. Изучая биологические процессы, нельзя забывать, что все тела состоят из атомов, поэтому большой вклад в понимание тонких клеточных механизмов вносит атомная физика.

Такое взаимодействие и взаимопроникновение наук взаимовыгодно. В частности, именно биология помогла физике открыть закон сохранения энергии. Майер установил этот закон при излучении количества тепла, выделяемого и поглощаемого живым организмом.

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА БИОЛОГИИ

В. Э. БУТВИЛОВСКИЙ , Р. Г. ЗАЯЦ , В. В. ДАВЫДОВ

МЕДИЦИНСКАЯ БИОЛОГИЯ

Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для иностранных студентов учреждений

высшего образования по медицинским специальностям

Минск БГМУ 2014

УДК 57-054.6 (075.8)

ББК 28.0 я73 Б93

Р е ц е н з е н т ы: д-р мед. наук, проф., зав. каф медицинской биологии и общей генетики Витебского государственного медицинского университета В. Я. Бекиш; канд. мед. наук, доц., зав. каф. медицинской биологии и общей генетики Гродненского государственного медицинского университета Л. С. Кизюкевич

Бутвиловский, В. Э.

Б93 Медицинская биология: учеб. пособие / В. Э. Бутвиловский, Р. Г. Заяц, В. В. Давыдов. – Минск: БГМУ, 2014. – 240 с.

ISBN 978-985-528-996-9.

Издание содержит теоретический материал 31-й темы практических занятий по медицинской биологии и общей генетике, термины, открытые и закрытые тесты.

Предназначено для иностранных студентов 1-го курса, может быть использовано студентами всех факультетов.

ВВЕДЕНИЕ ЧЕЛОВЕК В СИСТЕМЕ ПРИРОДЫ

1. Происхождение жизни. Доказательства эволюции органического мира.

Жизнь - это способ существованиябелковых тел , которые постоянно обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Биохимическим субстратом жизни (ее материальной основой) является комплекс белков и нуклеиновых кислот.

Гипотезы происхождения жизни:

– креационизма - жизнь была создана Богом;

– самозарождения - жизнь возникала неоднократно из неживого вещества;

– стационарного состояния - жизнь существовала всегда;

– панспермии - жизнь занесена на Землю с других планет;

– биохимические - жизнь возникла на Земле в результате биохимической эволюции.

Доказательствами эволюции органического мира являются: палеонтологические (переходные формы, филогенетические ряды); сравнительноанатомические (одинаковый план строения хордовых животных; гомологичные органы, рудименты и атавизмы); эмбриологические (закон зародышевого сходства, биогенетический закон); молекулярно-генетические данные.

2. Свойства и признаки живого. Уровни организации живого.

Фундаментальные свойства живого:

саморегуляция - способность изменять свою жизнедеятельность

в соответствии с изменением условий окружающей среды;

самообновление - способность синтезировать, восстанавливать или заменять свои структурно-функциональные компоненты;

самовоспроизведение - способность создавать себе подобных, увеличивая численность вида и обеспечивая преемственность в ряду поколений.

Эти свойства определяют признаки живого :

обмен веществ и энергии;

наследственность - обеспечивает передачу признаков из поколения в поколение при репродукции;

изменчивость - вызывает появление новых признаков при изменении условий среды;

репродукция (размножение);

онтогенез (индивидуальное развитие) ифилогенез (историческое развитие видов);

рост - увеличение размеров, объема и массы организмов;

раздражимость - ответная реакция организмов на действие факторов окружающей среды;

гомеостаз - способность поддерживать постоянство внутренней среды и структурной организации;

целостность и дискретность (делимость на составляющие).

Уровни организации живой материи:

Молекулярно - генетический - элементарными единицами этого

уровня являются макромолекулы (ДНК, РНК, белки, углеводы и др.)Клеточный - все живые организмы состоят из клеток.Клетка явля-

ется наименьшей структурно-функциональной и генетической единицей живого. В ней содержится генетическая информация о развитии целого организма и проходят все процессы жизнедеятельности.

Тканевый - группа клеток одинаковой структуры, выполняющих одинаковые функции, составляетткань .

Организменный. Организм - элементарная единица жизни. Организменный уровень характеризуется процессами онтогенеза (индивидуального развития), его нервной и гуморальной регуляцией.

Популяционно - видовой . Группа особей одного вида, длительно занимающих определенную территорию, свободно скрещивающихся и относительно изолированных от других групп особей того же вида, составляетпопуляцию . Популяция является элементарной единицей эволюции. Несколько популяций, особи которых могут скрещиваться и давать плодовитое потомство образуютвид .

Биосферно- биогеоценотический. Биогеоценоз - это группа популя-

ций организмов разных видов, исторически связанных между собой и с определенной территорией проживания. Между популяциями и окружающей средой идет постоянный обмен веществами, энергией и информацией. В сумме биогеоценозы составляют биосферу - область планеты, которую занимают живые организмы.

3. Методы изучения живого (методы биологических наук).

Целостное представление о живой материи можно получить только при комплексном исследовании проявлений жизни на всех уровнях организации. Этим занимается биология , включающая в себя ряд специальных дисциплин (биологических наук ).

Биохимия, биофизика и молекулярная биология изучают проявления жизни на молекулярно-генетическом уровне;цитология - на субклеточном и клеточном уровнях;гистология - на тканевом.

Закономерности индивидуального развития и строение организмов изучают эмбриология ,анатомия ,физиология ; историческое развитие живых систем - эволюционное учение, палеобиология. Популяционновидовой, биогеоценотический и биосферный уровни исследуют генетика, биогеография, систематика, экология и др. Все биологические дисциплины

тесно взаимосвязаны и служат основой для развития различных отраслей народного хозяйства, селекции, ветеринарии, медицины. При этом каждая наука для решения стоящих перед ней задач использует большой арсенал методов: наблюдения, описания, моделирования, экспериментирования.

4. Значение биологии для медицины.

5. Положение человека в системе животного мира.

Как биологический вид человек относится к типу Хордовые , подтипу

Позвоночные, классу Млекопитающие, подклассу Плацентарные, отряду

Приматы , подотрядуЧеловекообразные (узконосые обезьяны), семействуГоминиды (люди), родуHomo (человек), видуHomo sapiens (человек разумный).

6. Человек как биологическое и социальное существо.

В человеке объединяются признаки как биологического, так и социального существа.

Только для вида Homo sapiens характерны следующиепризнаки : прямохождение, высокая степень противопоставления большого пальца на руке, S-образная форма позвоночника, объем головного мозга 1100–1700 см3 , подбородочный выступ, абстрактное мышление, речь, изготовление орудий труда и др. Прогресс человечества подчиняется социальным законам - законам общества. Жизнь человека вне общества невозможна. В развитии человека большую роль сыграли социальные факторы. Знания, умения и духовные ценности передаются в обществе посредством обучения и воспитания молодого поколения.

Основные термины и понятия:

Саморегуляция - способность организма изменять параметры жизнедеятельности в соответствии с изменением условий окружающей среды.

Самообновление - способность организма восстанавливать или заменять свои структурно-функциональные компоненты.

Самовоспроизведение - способность организма создавать себе подобных.

Систематическое положение Homo sapiens - положение человека в системе животного мира.

Филогенетическое древо - схема в форме дерева, которая отражает родственные и исторические связи между систематическими группами.

ТЕМА № 1 УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ КЛЕТКИ

1. Предмет, задачи и методы цитологии.

Цитология (лат. cytos - клетка, logos - наука) - наука, которая изучает строение, химический состав и функции клеток, их размножение, развитие и взаимодействие в многоклеточном организме.

Задачи цитологии:

изучение строения и функции клеток и их компонентов (клеточных мембран, структурных компонентов цитоплазмы и ядра);

изучение деления клеток и возможностей их приспособления к изменениям условий окружающей среды;

изучение взаимоотношений между клетками в многоклеточном организме.

Методы цитологии:

1. Микроскопические - с их помощью изучают морфологию клеток и их компонентов (методы световой и электронной микроскопии).

2. Цитохимические (гистохимические)- позволяют определять хи-

мический состав или локализацию веществ в клетке (в срезах тканей). Они основаны на применении специальных красителей.

3. Биохимические - применяются для изучения химического состава клеток, определения концентрации веществ в тканях. Основаны на свойстве различных биохимических соединений поглощать световые волны определенной длины.

4. Метод дифференциального центрифугирования позволяет изучать состав и свойства органелл клетки: образец ткани измельчают до разрушения клеточных оболочек, помещают в центрифугу, где он разделяется на отдельные фракции соответственно массе.

дении в клетку радиоактивных изотопов. Молекулы, меченные радиоактивными изотопами (3 H,32 P,14 C), участвуют в реакциях обмена. По излучению, которое регистрируют с помощью фотопластинки, определяют их локализацию, перемещение, накопление и выведение.

6. Рентгеноструктурный анализ проводят для изучения пространственной структуры и расположения молекул в веществе. Этот метод основан на дифракции R-лучей при прохождении через кристалл вещества.

2. Увеличительные приборы и их назначение. Устройство светового микроскопа.

Биологический микроскоп предназначен для исследования микрообъектов в потоке проходящего света. Световой микроскоп (рис. 1) состоит из 3 частей: механической, осветительной и оптической.

Рис. 1 . Устройство световых микроскопов:А - МИКМЕД-1; Б - БИОЛАМ:

1 - окуляр,2 - тубус,3 - тубусодержатель,4 - макрометрический винт,5 - микрометрический винт,6 - подставка,7 - зеркало,8 - конденсор, ирисовая диафрагма и светофильтр,9 - предметный столик,10 - револьверное устройство,11 - объектив,12 - корпус коллекторной линзы,13 - патрон с лампой,14 - источник электропитания

Механическая часть включает штатив, предметный столик, макрометрический винт, микрометрический винт, тубус и револьвер.

Штатив состоит из тубусодержателя (колонки) и основания. На колонке расположены:

револьвер - вращающийся механизм для смены объективов;

тубус - полая трубка, в которую вставляется окуляр;

система винтов грубой (макрометрической) и тонкой (микрометрической) настройки микроскопа;

предметный столик для размещения объекта исследования. Осветительная часть включает зеркало (или электрический освети-

тель) и конденсор.

Зеркало микроскопа двухстороннее - с плоской и вогнутой поверхностями. Вогнутая поверхность применяется при недостаточно ярком освещении, а плоская - при интенсивном освещении.

Конденсор - это система линз, собирающая световые лучи в пучок. Диаметр светового пучка можно регулировать, изменяя просвет диафрагмы с помощью специального рычажка.

Оптическая система состоит из окуляра и объективов.

Окуляр (от греч. oculus - глаз) - система линз, направленная к глазу. На оправе окуляра указано увеличение. В учебном микроскопе используются сменные окуляры с увеличением 7×, 10× и 15×.

Объектив расположен у нижнего конца тубуса на нижней пластинке револьвера - это система линз, направленная на объект исследования. Используется 2 вида объективов: малого увеличения (8×) и большого (40×).

Общее увеличение микроскопа определяется путем умножения кратности увеличений объектива и окуляра. Например, общее увеличение микроскопа с объективом 40× и окуляром 7× будет равно 280.

3. Правила работы с микроскопом.

Правила работы с микроскопом на малом увеличении (7 × 8).

1. Микроскоп устанавливают колонкой к себе, а зеркалом к источнику света; примерно на ширину ладони от края стола.

2. Вращая макрометрический винт «на себя», устанавливают объектив на 2–3 см от поверхности предметного столика.

3. Проверяют установку объектива малого увеличения (8×) «на щелчок»: он должен быть зафиксирован против отверстия в предметном столике.

4. Перемещают конденсор в среднее положение и полностью открывают диафрагму.

5. Глядя в окуляр , направляют поверхность зеркала на источник света, чтобы равномерно осветитьполе зрения .

6. Помещают микропрепарат на предметный столик покровным стеклом к объективу (!).

7. Глядя со стороны (!), макрометрическимвинтом опускают объек-

тив до расстояния 0,5 см от поверхности покровного стекла (фокусное расстояние объектива 8× составляет примерно 1 см ).

8. Глядя в окуляр, медленно вращают макрометрический винт «на себя» (!) и получают изображение объекта. Для получения четкого изображения объектамакрометрический винт можно слегка повернуть в одну

и другую стороны.

9. Изучают объект. Перемещение препарата производят вручную. Примечание : Если объект очень мал и его трудно найти на малом уве-

личении, то настроить микроскоп можно на край покровного стекла . Получив четкое изображение края стекла, далее перемещают препарат под объектив и продолжают поиск объекта.

Правила работы с микроскопом на большом увеличении (7 × 40).

1. Получают четкое изображение объекта на малом увеличении (см. выше).

2. Интересующий участок микропрепарата центрируют - передвигают в центр поля зрения.

3. Поворотом револьвера переводят до щелчка объектив большого увеличения (40×).

4. Переводят конденсор в верхнее положение.

5. Глядя в окуляр, слегка поворачивают макрометрический винт «на себя» (!) до появления контуров объекта.

6. Для получения более четкого изображения используют микрометрический винт, вращая его к себе или от себя не более чем на 0,5 оборота.

7. Изучают интересующий участок микропрепарата.

Примечание . Если с первого раза не удается получить изображение объекта на большом увеличении, то необходимо, глядя сбоку, макрометрическим винтом аккуратно опустить объектив большого увеличения почти до касания линзой поверхности покровного стекла (фокусное расстояние объектива 40× составляет около 1 мм) и повторить дйствия, начиная с 5-го пункта.

Окончание работы с микроскопом:

1. Закончив изучение объекта, макрометрическим винтом приподнимают тубус на 2–3 см и снимают препарат с предметного столика.

2. Поворотом револьвера устанавливают объектив малого увеличения на щелчек, фиксируя его против отверстия на предметном столике.

3. Макрометрическим винтом опускают нижний край объектива малого увеличения до уровня предметного столика.

Основные термины и понятия:

Конденсор - это система линз, собирающих световые лучи в пучок.Кремальера - макрометрический винт.

Объектив - система линз, которые ввинчены в револьвер и направлены к объекту исследования.

Окуляр - система линз, которые вставлены в верхнее отверстие тубуса и в которую смотрят глазом.

Разрешающая способность - способность оптического прибора различать мелкие детали; минимальное расстояние между двумя соседними точками (линиями), которые еще можно дифференцировать.

Револьверное устройство - вращающийся механизм смены объективов, который укрепляется внизу на колонке штатива.

Тубус - полая трубка, которая соединяет окуляр и объектив.

ТЕМА № 2 БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ. ПОТОК ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

В КЛЕТКЕ

1. Современное состояние клеточной теории.

1. Клетка - элементарная структурно-функциональная и генетическая единица всего живого, открытая саморегулирующаяся система биополимеров, через которую постоянно идут потоки веществ, энергии и информации.

2. Клетки всех организмов имеют сходное строение, химический состав и процессы жизнедеятельности.

3. Новые клетки образуются при делении материнской клетки.

4. Клетки многоклеточного организма дифференцируются и образуют ткани для выполнения разных функций.

2. Отличительные признаки про - и эукариотических клеток.

Клетки живых организмов подразделяются на прокариотические и эукариотические. Их отличительные признаки представлены в табл. 2.

Эукариотические клетки содержат оболочку, цитоплазму и ядро. Оболочка (плазмалемма) представлена одной или несколькими мембранами. Цитоплазма представлена однородным коллоидным раствором, в котором располагаются органеллы и включения (рис. 2, 3).

Министерство образования и науки краснодарского края

государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Анапский сельскохозяйственный техникум»

Краснодарского края

(ГБОУ СПО АСТ КК)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

для студентов 1 курса

КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ

по дисциплине «Биология»

(для подготовки к зачету)

Составитель:

Матвеева Т. В.

2012 г.

Общая биология

1. Химический состав клетки. Роль органических веществ в ее строении и жизнедеятельности.
2. Фотосинтез и хемосинтез.
3. Клеточная теория.
4. Структура и функции клетки.
5. Строение и жизнедеятельность растительной и животной клетки.
6. Гены и хромосомы как материальные основы наследственности. Их строение и функционирование.
7. Биосинтез белков. Транскрипция и трансляция.
8. Прокариоты и вирусы, их строение и функционирование. Вирусы - возбудители опасных заболеваний.
9. Индивидуальное развитие организмов. Эмбриональное и послезародышевое развитие.

Генетика

1. Основы генетики. Гибридологический метод.
2. Законы Менделя.
3. Генотип и фенотип.
4. Половые хромосомы и аутосомы. Сцепленное с полом наследование.
5. Генетика человека. Методы изучения наследственности человека. Наследственные заболевания, их профилактика.
6. Наследственная изменчивость, ее виды. Виды мутаций, их причины. Роль мутаций в эволюции органического мира и селекции.
7. Разнообразие сортов растений и пород животных - результат селекционной работы ученых. Закон Н. И. Вавилова о гомологических рядах в наследственной изменчивости.
8. Гибридологический метод изучения наследственности. Первый и второй законы Менделя.
9. Цитологические основы закономерностей наследования.
10. Дигибридное скрещивание. Второй закон Менделя.
11. Сцепление наследования генов. Генетика пола.
12. Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика.

Эволюция

1. Развитие эволюционных представлений. Доказательства эволюции.
2. Эволюционное учение Ч. Дарвина. Его основные положения и значение.
3. Вид, критерии вида. Популяции.
4. Видообразование.
5. Борьба за существование и естественный отбор.
6. Приспособленность организмов - результат действия факторов эволюции. Относительный характер приспособленности.
7. Искусственный отбор и селекция.
8. Образование новых видов. Макроэволюция.
9. Возникновение жизни на Земле.
10. Эволюция человека. Доказательства происхождения человека от млекопитающих животных.
11. Движущие силы эволюции человека. Биологические и социальные факторы эволюции. Основные стадии эволюции человека.

Экология

1. Основы экологии. Экологические факторы.
2. Биогеоценоз как экологическая система, его звенья, связи между ними. Саморегуляция в биогеоценозе. Многообразие видов, их приспособленность к совместному обитанию.
3. Биомасса. Поток энергии и цепи питания. Экологическая пирамида.
4. Изменения в биогеоценозах. Причины смены биогеоценозов. Агроценоз.
5. Биосфера, ее границы. Учение В. И. Вернадского о биосфере. Ведущая роль живого вещества в преобразовании биосферы.
6. Круговорот веществ в экосистеме. Основной источник энергии, обеспечивающий круговорот.
7. Живое вещество, его роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере.
8. Изменения в биосфере под влиянием деятельности человека, сохранение равновесия в биосфере как основа ее целостности.

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ.

1. Химический состав клетки. Роль органических веществ в ее строении и жизнедеятельности.

В клетках живых организмов содержится несколько тысяч веществ, участвующих в разнообразных химических реакциях. В состав живых клеток входят:

Кислород, водород, азот. В сумме эти элементы составляют почти 98 % всего содержимого клетки.

Неорганические соединения (вода, соли). Около 2/3 массы человека составляет вода. Соли создают среду, ускоряют реакции, способствуют выведению веществ.

Органические вещества – сложные углеродсодержащие вещества (углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и АТФ).

Углеводы и жиры способны в организме превращаться друг в друга. Белки также могут преобразовываться в жиры и углеводы.

Функции углеводов:

энергетическая (кислородное расщепление глюкозы);

структурная (входят в состав покровов, хрящей);

участвуют в синтезе других органических веществ (например, жиров);

являются источником метаболической воды в организме (при расщеплении глюкозы до конечных продуктов).

Функции жиров:

входят в состав внутриклеточных структур;

выделяют энергию в результате процессов диссимиляции;

защищает клетку и организм от резких колебаний температуры и механических повреждений

запасают необходимое клетке вещество и энергию

являются источником метаболической воды

Функции белков в клетке:

строительная, синтез собственных специфических белков;

каталитическая, ускоряют химические реакции;

регуляторная, осуществляется с помощью гормонов;

двигательная, мышечные белки, с помощью которых осуществляется работа мышц;

транспортная, перенос кислорода и углекислого газа с помощью белка – глобина;

защитная, выработка белков – антител.

2. Фотосинтез и хемосинтез.

Фотосинтез – это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света. Фотосинтез в растительных клетках идет в хлоропластах. Суммарная формула фотосинтеза:

6СО2 + 6Н2О + СВЕТ = С6Н2О6 + 6О2

Световая фаза фотосинтеза идет только на свету: квант света выбивает электрон из молекулы хлорофилла, лежащей во внутренней мембране тилакоида; выбитый электрон либо возвращается обратно, либо попадает на цепь окисляющихся друг друга ферментов. Цепь ферментов передает электрон на внешнюю сторону мембраны тилакоида к переносчику электронов. Мембрана заряжается отрицательно с наружной стороны.

Положительно заряженная молекула хлорофилла, лежащая в центре мембраны, окисляет ферменты, содержащие ионы марганца, лежащие на внутренней стороне мембраны. Эти ферменты участвуют в реакциях фотосинтеза воды, в результате которых образуется Н+; протоны водорода выбрасываются на внутреннюю поверхность мембраны тилакоида, и на этой поверхности появляется положительный заряд. Когда разность потенциалов на мембране тилакоидов достигает 200 мВ, через АТФ – синтетазы начинают проскакивать протоны, за счет энергии движения которых синтезируется АТФ.

В темновую фазу из СО2 и атомарного водорода, связанного с переносчиками, синтезируется глюкоза. Суммарное уравнение темновой стадии.

6СО2 + 24Н = С6Н2О6 + 6Н2О

Тилакоид – вырост внутренней мембраны хлоропласта. Для темновых реакций в хлоропласт непрерывно поступают исходные вещества и энергия. Оксид углерода поступает в лист из окружающей атмосферы, водород образуется в световую фазу фотосинтеза в результате расщепления воды. Источником энергии служит АТФ, которая синтезируется в световую фазу фотосинтеза. Все эти вещества транспортируются в хлоропласт, где и осуществляется синтез углеводов.

Хемосинтез – синтез органических соединений за счет энергии реакций окисления неорганических соединений. Хемосинтез свойственен для железобактерий и серобактерий. Первые из них используют энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты.

3. Клеточная теория.

Клетка – элементарная единица живой системы.

Клетка осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться.

Она важнейшая составная часть всех живых организмов.

Клетка:

Основная единица строения и функционирования живого организма.

Саморегулирующая открытая система.

Клетки всех организмов в принципе сходны по химическому составу, строению и функциям.

Жизнь организма в целом обусловлена взаимодействием составляющих его клеток.

Все новые клетки образуются при делении исходных клеток.

В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани.

Дальнейшее совершенствование микроскопической техники, создание электронного микроскопа и появление методов молекулярной биологии открывают широкие возможности проникновения в тайны клетки, познании ее сложной структуры, многообразии протекающих в ней биохимических процессов.

4. Структура и функции клетки.

Органоиды – различные структуры живой клетки, которые отвечают за выполнение той или иной функции.

Клеточные структуры:

Цитоплазма. Обязательная часть клетки, заключенная между плазматической мембраной и ядром. Большинство химических и физиологических процессов клетки проходят в цитоплазме.

Плазматическая мембрана. Каждая клетка животных, растений, грибов ограничена от окружающей среды или других клеток плазматической мембраной. Липиды в мембране образуют двойной слой, а белки пронизывают всю ее толщину. Функции: Cохранение формы клетки, защита от повреждений, регулятор поступления и удаления веществ.

Лизосомы – это мембранные органоиды. Осуществляя переваривание различных органических частиц, лизосомы обеспечивают дополнительным «сырьем» химические и энергетические процессы в клетке.

Комплекс Гольджи. Поступающие в просветы полостей и канальцев эндоплазматической сети продукты биосинтеза концентрируются и транспортируются в аппарате Гольджи. Здесь осуществляется накопление, упаковка, выведение органических веществ, образование лизосом.

Эндоплазматическая сеть – система синтеза и транспорта органических веществ.

Рибосомы. Прикреплены к мембранам эндоплазматической сети или свободно находятся в цитоплазме, на них синтезируются белки.

Митохондрии – энергетические органоиды. Здесь происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целом.

Пластиды (лекопласты, хлоропласты, хромопласт). Функция: накопление запасных органических веществ, привлечение насекомых-опылителей, синтез АТФ и углеводов.

Клеточный центр (два цилиндра и центриоли, расположенные перпендикулярно друг другу). Является опорой для нитей веретена деления.

Клеточные включения – непостоянные образования. Плотные, в виде гранул включения содержат запасные питательные вещества (крахмал, белки, сахара, жиры) или продукты жизнедеятельности клетки, которые пока не могут быть удалены.

Ядро (две мембраны, ядерный сок, ядрышко). Хранение наследственной информации в клетке и ее воспроизводство, синтез РНК – информационной, транспортной, рибосомальной.

5. Строение и жизнедеятельность растительной и животной клетки.

В строении и жизнедеятельности растительной и животной клеток много общего.

Общие черты растительных и животных клеток:

Принципиальное единство строения.

Сходство в протекании многих химических процессов в цитоплазме и ядре.

Единство принципа передачи наследственной информации при делении клетки.

Сходное строение мембран.

Единство химического состава.

У растительной клетки: способ питания автотрофный, присутствуют пластиды – органы, содержащие пигменты.

В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток.

Черты сходства указывают на близость их происхождения. Признаки различия говорят о том, что клетки вместе с их владельцами прошли длительный путь исторического развития.

6. Гены и хромосомы как материальные основы наследственности. Их строение и функционирование.

Ген – участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Это участок хромосомы.

Хромосомы – носители наследственной информации. Они содержат ДНК в комплексе с основным белком, РНК, кислые белки, липиды, минеральные вещества и фермент ДНК – полимераза, необходимый для репликации.

Функция хромосом – контроль над всеми процессами жизнедеятельности клетки.

Число, форма и размеры хромосом – главный признак, генетический критерий вида. Изменение числа, формы или размера хромосом – причина мутации.

Ген – матрица для синтеза и-РНК, а и-РНК матрица для синтеза белка. Матричный характер реакций самоудвоения молекул ДНК, синтеза и-РНК, белка – основа передачи наследственной информации от гена к признаку, которая определятся молекулами белка. Многообразие белков, их специфичность, многофункциональность – основа формирования различных признаков у организма, реализации заложенных в генах наследственной информации.

Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК.

7. Биосинтез белков. Транскрипция и трансляция.

Процесс биосинтеза белка включает в себя ряд последовательно протекающих событий:

В ядре клетки: репликация ДНК (транскрипция) информационная РНК

В цитоплазме с помощью рибосом: Информационная РНК (трансляция) белок

Синтез информационной РНК (и-РНК) происходит в ядре.

Транскрипция – процесс переписывания информации, содержащейся в генах ДНК на синтезируемую молекулу и-РНК.

Трансляция – процесс сборки молекулы белка, идущий в рибосомах.

Молекулы и-РНК выходят из ядра клетки через поры оболочки ядра и направляются в цитоплазму к рибосомам. Сюда же доставляются аминокислоты. Рибосома по цепочке и-РНК делает шаг, равный трем нуклеотидам. Аминокислота отделяется от т-РНК и становится в цепочку мономеров белка. Освободившаяся т-РНК уходит в сторону и через некоторое время может снова соединиться с определенной кислотой, которую будет транспортировать к месту синтеза белка. Таким образом, последовательность нуклеотидов в триплете ДНК соответствует последовательности нуклеотидов в триплете и-РНК

1. Прокариоты и вирусы, их строение и функционирование.

Вирусы – возбудители опасных заболеваний.

Делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Прокариоты (к ним относятся бактерии):

нет организованного ядра;

в клетке содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. В ней записана вся наследственная информация;

в цитоплазме находятся многочисленные мелкие рибосомы.

функциональную роль митохондрий и хлоропластов выполняют специальные, довольно простые мембранные складки

клетки покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула.

Прокариоты являются типичными независимыми клетками.

Вирусы (неклеточные формы жизни):

нет цитоплазмы и других клеточных органоидов, собственного обмена веществ;

свои основные свойства живого (обмен веществ и размножение) они проявляют только внутри других клеток, вне клеток могут находиться в форме кристаллов;

состоят из многочисленных молекул белка и генетического материала, который может быть представлен ДНК или РНК. Белковая оболочка узнает клетки мишени и защищает генетический аппарат;

Биологическое значение вирусов определяется их способностью вызывать различные заболевания. К числу вирусных инфекций человека относятся, например, грипп, корь, оспа, СПИД, вирусные гепатиты.

9. Индивидуальное развитие организмов. Эмбриональное и послезародышевое развитие.

Онтогенез – индивидуальное развитие организма от момента образования зиготы до конца жизни организма.

После оплодотворения наступают стадии:

Дробление (зигота делится митозом на две клетки). Две образующиеся клетки разъединяются, затем каждая клетка опять делится также на две и получается зародыш;

Гаструла – зародыш двухслойный, у него появляется кишечная полость, первичное ротовое отверстие, два слоя клеток – эктодерма и эндодерма;

Поздняя гаструла (у всех животных, кроме губок и кишечно-полостных). На этой стадии появляется третий слой клеток – мезодерма;

Нейтрулы (в зародыше хордовых) – формируется осевой комплекс, состоящий из хорды и нервной пластинки. В дальнейшем идет дифференцирование клеток: из эктодермы образуется покровный эпителий, эмаль зубов, нервная система, органы чувств, из энтодермы – эпителий кишечника, пищеварительные железы, легкие. Из мезодермы – скелет, мышцы, кровеносная система, выделительные органы, половая система.

Постэмбриональное развитие:

Прямое . Организм сразу после рождения сходен с взрослым, но меньшего размера.

Непрямое. Организм после рождения проходит промежуточные стадии (личинки, куколки и т.д.).

Различают непрямое развитие:

с неполным метаморфозом;

с полным метаморфозом.

ГЕНЕТИКА

1. Основы генетики. Гибридологический метод.

Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости и разрабатывающая методы практического применения этих закономерностей.

Основными задачами этой науки являются:

изучение материальных структур, отвечающих за хранение наследственной информации;

изучение механизма передачи наследственной информации из поколения в поколение;

изучение того, как генетическая информация трансформируется в конкретные признаки и свойства организма;

изучение причин и закономерностей изменения наследственной информации на различных этапах развития организма.

Для решения генетических задач на организменном и популяционном уровне используют гибридологический метод.

Разработал его Г. Мендель. Суть заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам. Поскольку потомков от таких скрещиваний называют гибридами, то и метод получил название гибридологического.

Гибридологический метод лежит в основе современной генетики.

2. Законы Менделя.

Первый закон Менделя (закон единообразия гибридов первого поколения или закон доминирования):

При скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям (двух гомозиготных организмов), отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Второй закон Менделя

При скрещивании двух потомков первого поколения между собой (двух гетерозиготных особей) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом соотношении: по фенотипу 3:1, по генотипу – 1:2:1.

Третий закон Менделя:

Расщепление по каждой паре генов идет независимо от других пар генов.

3. Генотип и фенотип.

Генотип – совокупность наследственных признаков и свойств, полученных особью от родителей, а также новых свойств, появившихся в результате мутаций генов, которых не было у родителей. Генотип складывается при взаимодействии двух геномов (яйцеклетки и сперматозоида) и представляет собой наследственную программу развития.

Возможность и форма проявления гена зависят от условий среды. Среда здесь – это: условия, окружающие клетку, и присутствие других генов. Гены взаимодействуют друг с другом и, оказавшись в одном генотипе, могут сильно влиять на проявление действия соседних генов.

Фенотип – совокупность всех признаков и свойств организма, сложившихся в процессе индивидуального развития генотипа.

Признаки:

внешние (цвет кожи, волос, форма уха или нома, окраска цветков);

внутренние:

анатомические (строение тела и взаимное расположение органов),

физиологические (форма и размеры клеток, строение тканей и органов),

биохимические (структура белка, активность фермента, концентрация гормонов в крови).

Каждая особь имеет свои особенности внешнего вида, внутреннего строения, характера обмена веществ, функционирования органов, т.е. свой фенотип, который сформировался в определенных условиях среды.

Фенотип формируется под влиянием генотипа и условий внешней среды.

Генотип отражается в фенотипе, а фенотип наиболее полно проявляется в определенных условиях среды.

4. Половые хромосомы и аутосомы. Сцепленное с полом наследование.

В клетках организмов содержится двойной набор гомологичных хромосом, которые называют аутосомами, и две половые хромосомы.

У женщин в каждой клетке тела (кроме половых) 44 аутосомы и две половые хромосомы ХХ, у мужчины – те же 44 аутосомы и две половые хромосомы Х и У. Во время формирования половых клеток происходит мейоз и число хромосом в сперматозоидах и яйцеклетках уменьшается в два раза. У женщин все яйцеклетки имеют одинаковый набор хромосом: 22 аутосомы и Х. У мужчин образуется два вида сперматозоидов, в соотношении один к одному – 22 аутосомы и Х, или 22 аутосомы и У. Если при оплодотворении яйцеклетка встретится со сперматозоидом, содержащим Х хромосому, то появится зародыш женского пола, а если со сперматозоидом, содержащим У хромосому, то образуется зародыш мужского пола. Определение пола у человека зависит от отсутствия или наличия У хромосомы в сперматозоиде, оплодотворяющем яйцеклетку.

Половые хромосомы Х и У содержат большое количество генов, определяющих наследование целого ряда признаков. Наследование этих признаков называют наследованием, сцепленным с полом, а локализацию генов в половых хромосомах называют сцеплением генов с полом.

5. Генетика человека. Методы изучения наследственности человека. Наследственные заболевания, их профилактика.

Установлено, что существуют болезни, обусловленные наследственными факторами. Эти заболевания можно предупреждать и лечить, для чего были разработаны методы изучения генотипа человека.

Основные методы в изучении наследственные заболевания людей:

Генеалогический – изучение родословной людей за возможно большее число поколений.

Этим методом установлено, что развитие некоторых способностей человека (музыкальности, склонности к математическому мышлению) определяется наследственными факторами, доказано наследование многих заболеваний (врожденная рецессивная глухота, шизофрения). Известны наследственные заболевания, определяемые не рецессивными, а доминантными генами, например, ведущая к слепоте наследственная дегенерация роговицы.

Близнецовый – состоит в изучении развития признаков у однояйцевых близнецов. Он дает возможность выяснить, какие качества определяет внешняя среда, а какие – наследственность.

Цитогенетический – заключается в изучении структуры и количества хромосом. Этот метод позволяет выявить хромосомные мутации.

Биохимический – обнаружение изменений в биологических параметрах (например, сахарный диабет).

Все большее значение приобретает генетика для медицины. Знание генетики человека в ряде случаев позволяет спрогнозировать рождение ребенка абсолютно здорового у родителей, имеющих наследственный недуг.

6. Наследственная изменчивость, ее виды. Виды мутаций, их причины. Роль мутаций в эволюции органического мира и селекции.

К наследственной изменчивости относят изменения признаков живых существ, которые связаны с изменениями в генотипе (т.е. мутациями) и передаются из поколения в поколение. Количественные или качественные изменения в ДНК, и дочерние клетки получают искаженный по сравнению с родительскими генами. Такие ошибки в наследственном материале передаются следующему поколению и называются мутациями. Организм, получивший в результате новые свойства, называют мутантом.

Мутации имеют ряд свойств:

Возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа.

Чаще бывают рецессивными и реже – доминантными.

Могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.

Передаются из поколения в поколение.

Мутации подразделяются на несколько видов:

точечные (генные) – изменения в отдельных генах.

хромосомные – изменения частей хромосомы или целых хромосом.

геномные – изменение числа хромосом в гаплоидном наборе.

Многие возникающие мутации неблагоприятны для организма и даже могут вызвать его гибель. Большинство таких мутаций рецессивно.

Большинство мутантов имеют сниженную жизнеспособность и отсеиваются в процессе естественного отбора.

7. Разнообразие сортов растений и пород животных – результат селекционной работы ученых. Закон Н. И. Вавилова о гомологических рядах в наследственной изменчивости.

Селекция – отрасль сельского хозяйства, занимающаяся выведением новых сортов и гибридов, сельскохозяйственных культур и пород животных.

Генетика – основа селекции. Основными методами селекции растений служат гибридизация и отбор. Приручение животных, скрещивание, гетерозис, испытание производителей – все эти методы используются в племенной селекционной работе с животными.

Академик Н. И. Вавилов в течение многих лет исследовал закономерности наследственной изменчивости у дикорастущих и культурных растений различных систематических групп.

Эти исследования позволили сформулировать закон гомологических рядов или закон Вавилова. Закон: генетически близкие роды и виды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости. Зная, какие мутационные изменения возникают у особей какого-либо вида, можно предвидеть, что такие же мутации в сходных условиях будут возникать у родственных видов и родов.

Знание этого позволяет селекционерам заранее предвидеть, какие признаки изменяются у того или иного вида в результате воздействия на него мутагенных факторов.

8. Гибридологический метод изучения наследственности.

Первый и второй законы Менделя.

Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов.

Наследственность – это свойство организма передавать свои признаки и особенности развития следующим поколениям.

Наследование признаков осуществляется через размножение. Материальные основы наследственности заключены в половых клетках.

Изменчивость – свойство организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития. Благодаря изменчивости особи в пределах вида различаются между собой.

Совокупность генов, которую организм получает от родителей, составляет его генотип. Совокупность внешних и внутренних признаков – это фенотип (развивается в результате взаимодействия генотипа и условий внешней среды).

Гибридологический метод изучения наследственности (Г. Мендель, 1865 г.) – основа генетики. Скрещивание различающихся по определенным признакам родительских форм – проявление изучаемых признаков в ряду поколений. Точный количественный учет проявления изучаемых признаков у всех особей.

Моногибридное скрещивание – скрещивания родительских форм, наследственно различающихся лишь по одной паре признаков.

Первый закон Менделя – единообразие первого поколения гибридов. Явление преобладания признака (желтой окраски семян) получило название доминирования, а преобладающий признак называют доминантным. Противоположный, внешне исчезающий признак (зеленая окраска) называют рецессивным.

Второй закон Менделя: гибриды первого поколения F1 при дальнейшем размножении расщепляются; в их потомстве F2 снова появляются особи с рецессивными признаками, составляющие примерно четвертую часть от всего числа потомков.

Изучение последующих поколений дает сходный результат. Потомки растений с рецессивным признаком не расщепляются.

9. Цитологические основы закономерностей наследования.

Связь между поколениями при половом размножении осуществляется через половые клетки (гаметы). Материальные наследственные факторы – гены, которые определяют развитие того или иного признака.

Гипотеза чистоты гамет – у гибридной (гетерозиготной) особи половые клетки чисты, т. е. имеют по одному гену из данной пары.

А*а= Аа

У гибрида Аа будут в равном числе возникать гаметы с геном А (доминантный ген) и с геном а (рецессивный ген). В результате четырех комбинаций получатся сочетания АА, Аа, аА и аа (доминантный признак), иначе, АА, 2Аа и аа (рецессивный).

Особи с доминантными признаками по своей наследственной природе неоднородны.

Гомозиготами по данной паре признаков называют такие особи, которые образуют лишь один сорт гамет, и поэтому при самоопылении или скрещивании с себе подобными в потомстве не дают расщепления.

Гетерозиготы дают разные гаметы (несущие разные гены данной пары), и поэтому в их потомстве наблюдается расщепление.

Гипотеза чистоты гамет устанавливает, что закон расщепления есть результат случайного сочетания гамет, несущих разные гены.

При случайном характере соединения гамет общий результат оказывается закономерным – статистическая закономерность, определяемая большим числом равновероятных встреч гамет.

10. Дигибридное скрещивание. Второй закон Менделя.

Дигибридное скрещивание – скрещивание родительских форм, различающихся по двум парам признаков.

Исходные формы: горох с желтыми и гладкими семенами, горох с зелеными и морщинистыми – разные пары аллельных генов. Одна такая пара включает гены окраски семян; вторая – гены формы семян.

Гетерозиготы по обеим парам аллелей (АаВb). Фенотип включает четыре разных генотипа. Число различных генотипов во втором поколении гибридов F2 оказывается равным девяти.

При промежуточном характере наследования число фенотипически различных форм будет больше. Если по обоим признакам доминирование неполное, то количество фенотипически различных групп равняется числу генотипически различных групп.

Соотношение, характерное для моногибридного скрещивания, сохраняется.

Дигибридное расщепление представляет собой по существу два независимо идущих моногибридных, которые как бы накладываются друг на друга (квадрат двучлена (3+1)2=32+2*3+12, или 9+3+3+1).

Второй закон Менделя: закон независимого распределения генов. Расщепление по каждой паре признаков идет независимо от других пар признаков.

11. Сцепление наследования генов. Генетика пола.

Гены, локализованные в одной хромосоме, оказываются сцепленными, т. е. наследуются преимущественно вместе, не обнаруживая независимого распределения (закон Моргана).

I cкрещивание: дрозофилу с серым телом и нормальными крыльями с мушкой, обладающей темной окраской тела и зачаточными крыльями, в первом поколении гибридов – гетерозигота по двум парам аллелей (серое тело – темное тело и нормальные крылья – зачаточные крылья).

II скрещивание: самок дигетерозиготных мух (серое тело и нормальные крылья) с самцами, обладающими рецессивными признаками – темным телом и зачаточными крыльями.

Гены, обусловившие признаки серое тело – нормальные крылья и темное тело – зачаточные крылья, наследуются вместе, или оказываются сцепленными между собой – следствие локализации генов в одной и той же хромосоме.

Перекомбинация генов обусловлена тем, что в процессе мейоза при конъюгации гомологичных хромосом они иногда обмениваются своими участками.

Биологическое значение перекреста хромосом: создаются новые наследственные комбинации генов, повышается наследственная изменчивость, которая поставляет материал для естественного отбора.

Хромосомы, в отношении которых между самцами и самками нет различий, называют аутосомами.

Хромосомы, по которым самцы и самки отличаются друг от друга, называют половыми.

При созревании половых клеток у самки каждая яйцеклетка получает три аутосомы и одну Х-хромосому. У самцов три аутосомы и Х-хромосома, или – три аутосомы и У-хромосому. Яйцеклетка оплодотворяется спермием с Х- (разовьется самка) или У-хромосомой (самец). Пол организма определяется в момент оплодотворения и зависит от хромосомного набора зиготы.

Хромосом человека – 46 (22 пары аутосом и 2 половые хромосомы). Женщины – две Х-хромосомы, мужчины – одна Х- и одна У-хромосома.

Мужская гетерогаметность (разногаметность). Женский пол гомогаметен (равногаметен).

Женская гетерогаметность имеет место у некоторых насекомых, например у бабочек. Среди позвоночных животных она характерна для птиц и пресмыкающихся.

12. Наследственные болезни человека, их лечение и профилактика.

К настоящему времени известно более 2 тыс. наследственных болезней человека, причем большинство из них связано с психическими расстройствами. Болезней, не имеющих абсолютно никакого отношения к наследственности, практически не существует. Течение разных заболеваний (вирусных, бактериальных и даже травм) и выздоровление после них в той или иной мере зависят от наследственных иммунологических, физиологических, поведенческих и психических особенностей индивидуума.

Условно наследственные болезни можно подразделить на три большие группы: болезни обмена веществ (заболевание углеводного обмена - сахарный диабет), молекулярные болезни, которые обычно вызываются генными мутациями, и хромосомные болезни (изменение числа или структуры хромосом, например, болезнь Дауна). Ряд патологических признаков (гипертония, атеросклероз, подагра и др.) определяются не одним, а несколькими генами (явление полимерии). Это болезни с наследственным предрасположением, которые в большей степени зависят от условий среды: в благоприятных условиях такие заболевания могут и не проявиться.

Основным путем предотвращения наследственных заболеваний является их профилактика. Для этого во многих странах мира существует сеть учреждений, обеспечивающих медико-генетическое консультирование населения. В первую очередь его услугами должны пользоваться лица, вступающие в брак, у которых имеются генетически неблагополучные родственники. Врачи и генетики смогут определить степень риска рождения генетически неполноценного потомства и обеспечить контроль за ребенком в период его внутриутробного развития. Следует отметить, что курение, употребление алкоголя и наркотиков матерью или отцом будущего ребенка резко повышают вероятность рождения младенца с тяжелыми наследственными недугами.

ЭВОЛЮЦИЯ

1. Развитие эволюционных представлений.

Доказательства эволюции.

Эволюция – это процесс исторического развития органического мира. В ходе эволюции осуществляется преобразование одних видов в другие.

Главная в эволюционной теории – идея исторического развития от сравнительно простых форм жизни к более высокоорганизованным. Основы научной материалистической теории эволюции заложил Дарвин. Современная наука обладает очень многими фактами, доказывающими существование эволюционного процесса. Это данные биохимии, генетики, эмбриологии, анатомии, систематики, биографии, палеонтологии и многих других дисциплин. Доказательства существование эволюционного процесса:

Эмбриологические – сходство начальных стадий эмбрионального развития животных.

Морфологические – многие формы сочетают в себе признаки нескольких крупных систематических единиц. При изучении различных групп организмов становится очевидным, что по целому ряду особенностей они в основе сходны.

Палеонтологические – ископаемые останки многих животных можно сравнивать между собой и обнаружить сходство.

Биогеографические – распространение животных и растений по поверхности нашей планеты. Сравнение животного и растительного мира разных континентов, показывающие, что различия между их флорой и фауной тем больше, чем древнее и сильнее их изоляции друг от друга.

1. Эволюционное учение Ч. Дарвина.

Его основные положения и значение.

Построение наиболее фундаментальной эволюционной концепции связано с именем английского ученого Чарльза Дарвина. Основные положения эволюционного учения Дарвина сводятся к следующему:

Многообразие видов животных и растений – это результат исторического развития органического мира.

Главные движущие силы эволюции – борьба за существование и естественный отбор. Материал для естественного отбора дает наследственная изменчивость. Стабильность вида обеспечивается наследственностью.

Эволюция органического мира преимущественно шла по пути усложнения организации живых существ.

Приспособленность организмов к условиям окружающей среды является результатом действия естественного отбора.

Могут наследоваться как благоприятные, так и неблагоприятные изменения.

Многообразие современных пород домашних животных и сортов с/х растений является результатом действия искусственного отбора.

Эволюция человека связана с историческим развитием древних человекообразных обезьян.

Эволюционное учение Ч. Дарвина можно рассматривать как переворот в области естествознания. Значение эволюционной теории заключается в следующем:

Выявлены закономерности превращения одной органической формы в другую.

Объяснены причины целесообразности органических форм.

Открыт закон естественного отбора.

Выяснена сущность искусственного отбора.

Определены движущие силы эволюции.

3. Вид, критерии вида. Популяции.

Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биологических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособившихся к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал.

Критерии для определения принадлежности к данному виду :

Морфологический – главный критерий, основан на внешних различиях между видами животных или растений.

Географический – вид обитает в пределах определенного пространства (ареала). Ареал – это географические границы распространения вида, размеры, форма и расположение в биосфере которого отлично от ареалов других видов.

Экологический – характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками размножения, т.е. занимает определенную экологическую нишу.

Этологический – заключается в том, что поведение животных одних видов отличается от поведения других.

Генетический – генетическая изоляция от других видов. Животные и растения разных видов почти никогда не скрещиваются между собой.

Физиолого-биохимический – не может служить надежным способом разграничения видов, так как основные биохимические процессы протекают у сходных групп организмов одинаково.

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом. Популяция не является полностью изолированной группой. Факторы среды, взаимодействие с другими популяциями может изменять численность популяции.

4. Видообразование.

Видообразование – это сложнейший эволюционный процесс возникновения нового вида.

Бывает двух типов:

1. Географическое (происходит очень медленно, сотни тысяч поколений) обострение борьбы за существование между особями вида расселение на новые территории (расширение ареала) географическая изоляция между популяциями

2. Экологическое (происходит быстро) обострение борьбы за существование между особями вида освоение новых условий обитания в пределах старого ареала экологическая изоляция между популяциями

3. Филетическое – весь вид в целом изменяется в ряду поколений, превращаясь в новый вид.

5. Борьба за существование и естественный отбор.

Борьба за существование – сложные и многообразные взаимоотношения особей внутри вида, между видами и с неблагоприятными условиями неживой природы.

Бывает трех видов:

Внутривидовая – приводит к сохранению популяции и вида за счет гибели или неучастия в размножении наименее приспособленных особей данного вида.

Межвидовая – приводит к победе более жизнеспособных особей или популяции одного вида над менее жизнеспособной особью или популяцией другого вида.

Борьба с неблагоприятными условиями неживой природы – приводит к выживанию в изменившихся условиях неживой природы наиболее приспособленных особей, популяций и видов.

Естественный отбор заключается в том, что в борьбе за существование сохраняются и оставляют потомство особи наиболее приспособленные и погибают менее приспособленные.

Формы отбора:

Движущий – обеспечивает приспособленность популяции и вида к однонаправленному изменению среды обитания.

Стабилизирующий – обеспечивает сохранение приспособленности популяции к относительно стабильным условиям существования.

Дизруптивный – обеспечивает адаптацию различных группировок особей в популяции к разным комплексам условий среды.

В результате естественного отбора отбирается не какой-либо признак, а весь генотип в целом.

6. Приспособленность организмов – результат действия факторов эволюции. Относительный характер приспособленности.

Адаптация – приспособленность к среде обитания. Формы приспособленности у животных:

Покровительственная окраска и форма тела (маскировка).

Предостерегающая окраска.

Отпугивающее поведение.

Мимикрия (внешнее сходство незащищенных животных с защищенными).

Формы приспособленности у растений:

Приспособления к повышенной сухости. Например: опушенность листа, накопление влаги в стебле (кактус, баобаб), превращение листьев в иголки

Приспособления к повышенной влажности.

Приспособленность к опылению насекомыми (яркая, привлекающая окраска цветка, наличие нектара, запах).

Приспособления к опылению ветром.

Приспособленность организмов – относительная целесообразность строения и функций организма, являющаяся результатом естественного отбора, устраняющего неприспособленных в данных условиях существования особей. Соответствие физиологических функций организма условиям его обитания, их сложность и разнообразие также входит в понятие приспособленности.

Для выживания организмов в борьбе за существование большое значение имеет приспособительное поведение.

7. Искусственный отбор и селекция.

Искусственный отбор – метод селекции, осуществляемый человеком с целью создания пород животных и сортов растений. Селекция – наука, разрабатывающая теорию и методы выведения и улучшения пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Методы селекции, их суть:

Массовый отбор – выделение группы особей, обладаемых желаемыми признаками (применяется многократно в ряду поколений).

Индивидуальный отбор – выделение отдельных особей с желаемыми признаками. Наиболее применим для животных и самоопыляющихся растений.

Межлинейная гибридизация – скрещивание двух чистых линий для получения гетерозиса (гетерозис – явление очень высокой плодовитости и жизнестойкости в первом гибридном поколении).

Отдаленная гибридизация – скрещивание неблизкородственных форм и даже разных видов. Применяют для получения необычных комбинаций генов для последующего отбора.

Полиплоидия – увеличение числа хромосомных наборов. Используют в селекции растений для повышения урожайности и преодоления бесплодия при межвидовом скрещивании.

Клеточная инженерия – выращивание клеток вне организма (в культуре ткани). Позволяет проводить гибридизацию соматических (неполовых) клеток.

Генетическая инженерия (искусственная перестройка генома). Позволяет встраивать в геном организма одного вида гены другого вида.

8. Образование новых видов. Макроэволюция.

Макроэволюция – процесс образования новых семейств, отрядов, классов и типов, а также других надвидовых систематических единиц (таксономических групп живых существ). Доказательства макроэволюции:

Эмбриологические – зародыши организмов многих систематических групп сходны между собой, причем, чем ближе организмы, тем до более поздней стадии развития сохраняется сходство зародышей.

Палеонтологические – найдены ископаемые переходные формы между многими систематическими группами. Для некоторых видов построены филогенетические ряды – последовательности предков.

Направление макроэволюции:

Ароморфоз – приспособительное изменение общего значения, повышающее уровень организации и жизнеспособность особей, популяций видов. Усложнение организации приводит к возникновению новых крупных систематических групп.

Идиоадаптация – частные приспособительные изменения, полезные в данной среде обитания и возникающие без изменения общего уровня организации. Обычно мелкие систематические группы – виды, роды, семейства – в процессе эволюции возникают путем идиоадаптации (различные формы тела рыб, оперение у птиц)

Дегенерация – приспособительные изменения организмов, приобретаемые путем понижения уровня общей организации – упрощения строения и функций. Общая дегенерация не исключает процветания вида.

9. Возникновение жизни на Земле.

I этап (А. И. Опарин) – образование органических веществ из неорганических, в водах первичного океана (>3,5 млрд. лет назад).

II этап – образование из простых органических соединений в водах первичного океана белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот.

III этап – образовались первые живые существа – пробионты, способные к самовоспроизведению. Период органической эволюции, в основе которой – изменчивость, наследственность, естественный отбор.

Появились автотрофные растительные организмы, свободный кислород, органич. вещества, грибы и животные.

Эры:

Кайнозойская: Антропоген (человек), Неоген (млекопитающ. и птицы), Палеоген (насекомые, покрытосеменные).

Мезозойская: Меловой (высш. млекопитающие, птицы), Юрский (пресмыкающиеся, археоптерикс), Триасовый (первые млекопит., костистые рыбы).

Палеозойская: Пермский (пресмыкающиеся, голосеменные), Каменноугольный (земноводные, насекомые, папоротники), Девонский (щитковые, высш. споровые), Силурийский (трилобиты, псилофиты), Ордовикский, Кембрийский (морские беспозвоночные), Протерозойская (первичные хордовые).

Архейская: следы жизни незначительны.

10. Эволюция человека. Доказательства происхождения человека от млекопитающих животных.

Антропогенез – эволюция человека. Эволюционное отделение ветви, приведшей к появлению современных людей, произошло по разным данным, от 15 до 6 млн. лет назад. Человек разумный (Homo sapiens) – группа приматов (Карл Линней).

Человек – существо биосоциальное антропогенез человека, определяется двумя группами факторов: биологическими и социальными.

Систематическое положение человека :

Тип Хордовые: в эмбриональном развитии закладывается хорда, нервная и кишечная трубки, жаберные щели.

Подтип Позвоночные: две пары конечностей, позвоночник, головной мозг из 5-ти отделов, два уха, глаза, выросты мозга и т.д.

Класс Млекопитающие: четырехкамерное сердце, левая дуга аорты, теплокровность, диафрагма, железы в коже, внутриутробное развитие зародыша, развитая кора больших полушарий головного мозга, три слуховые косточки и три отдела уха.

Подкласс Плацентарные: образование плаценты.

Родства человека и животных – рудименты и атавизмы.

Рудименты – органы или части организма, утратившие в процессе эволюции свои первоначальные функции, имеющиеся у всех особей данного биологического вида (копчик и идущие к нему мышцы, околоушные мышцы, зубы мудрости, остаток мигательной перепонки во внутреннем углу глаза, аппендикс).

Атавизмы – это черты предковых форм, проявившиеся у отдельных особей (густая шерсть на лице, наличие хвоста, многососковость, сильно развитые клыки).

Итоги эволюции человека: прямохождение, изменение таза, облегчение челюстного аппарата, освобождение рук, противопоставление большого пальца на руке остальным, изготовление орудий труда, сплочение членов общества, звуковая сигнализация, речь, развитие головного мозга, абстрактное мышление, искусственная среда существования.

11. Движущие силы эволюции человека. Биологические и социальные факторы эволюции. Основные стадии эволюции человека.

Развитие человека: прямохождение, увеличение объема мозга и усложнение его организации, развитие руки, удлинение периода роста и развития.

Развитая рука орудия труда преимущества над животными.

Добыча огня индивидуальное поведение речь-фактор ускоренное развитие увеличение объема мозга.

Речь общество, разделению обязанностей между его членами.

Факторы антропогенеза человека: биологические и социальные.

Биологические факторы – наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор, а также мутационный процесс. Морфологические изменения обезьяноподобного предка – антропоморфозы.

Социальные факторы (ведущую роль) - трудовая деятельность, общественный образ жизни, развитие речи и мышления.

Парапитеки дриопитеки австралопитеки питекантроп синантроп неандерталец кроманьонец современный человек.

У человека и современных человекообразных обезьян был общий предок развитие по пути дивергенции (расхождения признаков, накопления различий) в связи с приспособлением к конкретным и различным условиям существования.

ДРИОПИТЕК (25 млн. лет назад)

значительно мельче человека (рост около 110 см);

вел преимущественно древесный образ жизни;

вероятно, манипулировал предметами;

орудия труда отсутствуют.

СОВРЕМЕННЫЙ ЧЕЛОВЕК

Живет в настоящее время на всех материках

Биологические признаки:

рост 160–190 см;

объем мозга около 1600 см3;

наличие разных рас

Социальные признаки: сложные орудия труда; высокие достижения в науке, технике, искусстве, образовании.

ЭКОЛОГИЯ

1. Основы экологии. Экологические факторы.

Экология – наука о закономерностях взаимоотношений организмов (популяций, видов, сообществ) между собой и со средой обитания (Э. Геккель, 1869 г.).

Популяция – группа особей одного вида, занимающая определенную территорию и, обычно, в той или иной степени изолированная от других сходных групп.

Сообщество – любая группа организмов различных видов, обитающих на одной площади и взаимодействующих друг с другом посредством трофических или пространственных связей.

Экосистема – это сообщество организмов с окружающей их средой, взаимодействующих между собой и образующих экологическую единицу.

Подходы в изучении экосистем:

Экосистемный подход: поток энергии и круговорот веществ в экосистеме.

Изучение сообществ.

Популяционный подход.

Изучение местообитаний.

Методы исследований: наблюдение, эксперимент, учет численности популяции, метод моделирования.

Задачи: искусственная регуляция численности видов; изучение взаимоотношения организмов, популяций, видов между собой; изучение закономерностей действия факторов неживой природы на организм; решение проблемы охраны природы; создание эффективной агротехники выращивания с/х культур; изучение проявлений борьбы за существование в популяциях.

Группы факторов:

абиотические

Эдафические факторы (структура почвы и ее химический состав)

Климатические факторы (свет, температура, влажность и ветер)

Процессы, протекающие в экосистемах с участием солнечной радиации (света): фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных, синтез витамина D у человека, разрушительное действие (радиация).

Приспособления к недостаточной влажности у растений и животных: уменьшения потери воды, увеличение поглощения воды, запасание воды, «уклонение» от проблемы.

биотические – это факторы, связанные с взаимным влиянием организмов друг на друга.

антропогенные – данная группа факторов относится ко всякого рода воздействиям на экосистемы человека.

Воздействие – непосредственное и опосредованное.

Интенсивность действия на организм: оптимальная (благоприятная), максимальная и минимальная (неблагоприятная).

2. Биогеоценоз как экологическая система, его звенья, связи между ними. Саморегуляция в биогеоценозе. Многообразие видов, их приспособленность к совместному обитанию.

Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов и элементов неживой природы, связанных между собой обменом веществ и энергии.

Однородные участки территории, заселенные живыми организмами – биотопы.

Сообщества организмов, населяющие биотоп – биоценоз .

Фитоценоз – сочетание различных видов растений, исторически сложившееся на данной территории и обусловленное экологическими условиями – главенствующий компонент биогеоценоза.

Звенья биогеоценоза:

Абиотическое окружение – неживая природа.

Продуценты – зеленые растения и хемосинтез.

Консументы – потребители (живут за счет веществ, созданных продуцентами – плотоядные и травоядные животные).

Редуценты – организмы, разлагающие органические соединения до минеральных веществ (бактерии, грибы).

Продуценты (автотрофы) – организмы, создающие из неорганических веществ, используя энергию солнца, первичное органическое вещество

Консументы (гетеротрофы) – организмы, которые не в состоянии производить органические вещества, а получают их в результате использования в пищу других организмов 2 и 3 порядка.

Редуценты (гетеротрофы) потребляя органические вещества мертвых организмов, разлагают их до неорганических.

Цепь питания: солнечный свет фотосинтетики (продуценты) травоядные животные, грибы и другие растения (первичные консументы) консументы второго порядка консументы третьего порядка.

Звенья цепи – трофический уровень.

Редуценты разлагают органические соединения – отмершие остатки животных, растений, делают эти вещества доступными для зеленых растений – продуцентов и консументов.

3. Биомасса. Поток энергии и цепи питания.

Экологическая пирамида.

Биомасса – это масса организмов определенной группы или сообщества в целом.

Растительный и животный опад (трупы, экскременты) пища редуцентов.

Энергия аккумулируется на уровне продуцентов, проходит через консументы и редуценты, входит в состав органических веществ, почвы, и рассеивается при разрушении ее разнообразных соединений.

Биомасса – концентрация живого вещества.

Продуктивность, которая выражается в скорости нарастания биомассы.

валовую первичную продукцию (все органическое вещество экосистемы с затратами на дыхание)

чистая первичная продукция (количество органического вещества, которое остается в экосистеме после затрат на дыхание)

ЧПП = ВПП – затраты на дыхание.

ЧПП различается в разных экосистемах.

Цепь питания – перенос энергии от его источника через ряд организмов.

Продуценты консументы редуценты неорганические вещества

Уровнень питания – трофический уровень.

Экологическая пирамида – собой график состояния каждого трофического уровня. Показатели: численность на единицу площади; биомасса на единицу площади, энергия. Пирамиды, построенные на основе изменений численности и биомассы могут иметь перевернутый вид, а на основе изменений энергии – никогда.

В классической пирамиде в нижних основаниях пирамиды оказываются продуценты, а вверху – консументы.

Линдеманн: только часть энергии поступает на следующий трофический уровень (закон передачи энергии по цепям питания). Трофических звеньев в одной цепи – не более 3–5.

Типы пищевых цепей:

Цепь выедания – начинается с растений, идет к растительноядным животным, далее к хищникам.

Цепь разложения – начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных, далее мелкие животные и микроорганизмы.

Соединения цепей образую пищевую сеть экосистемы.

4. Изменения в биогеоценозах. Причины смены биогеоценозов. Агроценоз.

Биогеоценоз – саморегулирующаяся система, но устойчивое состояние их никогда не достигается полностью.

Изменчивость биогеоценоза – в изменении численности отдельных видов и в смене биогеоценозов. Численность популяции зависит от соотношения рождающихся и погибающих особей.

Смена биогеоценозов – длительный процесс – главное отличие от сезонных колебаний популяционных показателей.

Экологическая сукцессия – в определенном местообитании происходит закономерная смена популяций различных видов в строго определенной последовательности.

Агроценозы – искусственные биогеоценозы, создаваемые человеком для своих целей путем посева или посадки и дальнейшего культивирования возделываемых растений, а также использования территорий для интенсивного выпаса домашних животных.

Главная особенность – явно преобладает один или очень небольшое количество видов растений.

Действие искусственного отбора.

Неустойчив, если его не поддерживать он быстро разрушится.

Особенности существования:

низкое видовое разнообразие

обычно существует 1–2 сезона

организмы, обитающие в пределах агроценоза и не относящиеся к объектам хозяйственной деятельности человека, испытывают на себе постоянное воздействие антропогенных факторов и вынуждены приспосабливаться к ним.

Индустриальная технология характеризуется высокой специализацией хозяйства, применением достижений селекции, агрохимии, растениеводства, использованием высокопроизводительной техники, которая работает с учетом биологических особенностей сельскохозяйственных растений.

Условие применения – размещение сельскохозяйственных культур по лучшим предшественникам. Условие получения высоких урожаев – своевременное проведение всех сельскохозяйственных работ.

Способствует значительному повышению продуктивности агроценозов.

5. Биосфера, ее границы. Учение В. И. Вернадского о биосфере. Ведущая роль живого вещества в преобразовании биосферы.

Биосфера – оболочка Земли состав, структура и обмен энергии которой определяет деятельность живых организмов. Целостное учение о биосфере разработал В. И. Вернадский. Биосфера расположена в пространстве от верхних слоев атмосферы (20–25 км.) до 2–3 км. ниже уровня суши и 1–2 км. ниже дна океана. Вернадский выделил в биосфере несколько типов веществ:

живое, т.е. совокупное вещество всех живых организмов;

биогенное, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (нефть, уголь, известняк);

костное, образующееся в процессах, где живые организмы не участвуют;

биокостное – создается одновременно живыми организмами и неорганическими процессами (почва).

Главную роль в теории биосферы Вернадского играет представление о живом веществе. Границы биосферы обусловлены возможностями жизни. Верхняя граница обусловлена губительным действием ультрафиолета, нижняя – температурой земных недр. Основная масса организмов сосредоточена в середине, главным образом на границе трех сред ѕ атмосферы, литосферы и гидросферы. Благодаря деятельности живого вещества изменился состав атмосферы.

Благодаря живому веществу, в биосфере постоянно осуществляется круговорот энергии и многих химических элементов.

6. Круговорот веществ в экосистеме. Основной источник энергии, обеспечивающий круговорот.

Функционирующее в биосфере живое вещество постоянно осуществляет круговорот веществ и превращение энергии.

В каждом биогеоценозе:

Аккумуляция преобладает там, где образуется живое вещество (поверхность океана и суши).

Минерализация преобладает в местах разрушения органики (почва, дно океана).

Функции живого вещества в биосфере (Вернадский):

Газовая функция состоит в том, что зеленые растения выделяют при фотосинтезе кислород, а при дыхании – углекислый газ.

Концентрационная функция осуществляется благодаря тому, что живые организмы захватывают необходимые химические элементы и накапливают их в местах своего обитания.

Окислительно-восстановительная функция проявляется в окислении и восстановлении химических веществ в воде и на почве, в результате чего образуются отложения различных руд, бокситов, известняков.

Основу биологического круговорота составляет солнечная энергия и улавливающий ее хлорофилл зеленых растений. Биогеоценозы осуществляют циклы, по которым передвигаются атомы различных химических элементов (биогенная миграция атомов).

Атомы мигрируют через многие живые организмы и костную среду.

Основные характеристики биосферы:

Биомасса представляет собой количество живого вещества на Земле.

В биосфере происходит постоянная циркуляция веществ и энергии.

Один из главных циклов – гидрологический, то есть цикл воды. Вода во время круговорота может находиться во всех своих агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном.

Кроме круговорота воды в биосфере важнейшими круговоротами являются круговороты углерода, азота, фосфора, кислорода и калия.

7. Живое вещество, его роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере.

Живое вещество – это главное вещество биосферы (Вернадский).

Почва – биогеоценоз с разнообразными мельчайшими живыми организмами, рыхлый поверхностный слой земной коры, изменяемый атмосферой и организмами и постоянно пополняемый органическими остатками.

Образование живого органического вещества – на земной поверхности; разложение органических веществ, их минерализация – в почве.

Процессы в почве: заселена живыми организмами, движение растворов и выпадение, газообмен. Деятельность человека гибель почвенных организмов, играющих важную роль в биосфере.

Физические свойства и химический состав вод океана весьма постоянны и создают среду, благоприятную для жизни. Фотосинтез (1/3 от всего на планете) водорослей (микропланктон) в верхнем слое – трансформация энергии солнечного излучения.

Население дна – бентос.

Сгущения организмов в океане: планктонное, прибрежное, донное. Живые сгущения – колонии кораллов.

Распространены бактерии, превращающие органические остатки в неорганические вещества.

Живое вещество – основная роль в круговороте веществ в природе.

Функции в биосфере:

газовая – выделение и поглощение О2 и СО2

окислительно-восстановительная – превращение веществ и энергии.

концентрационная – способность живых организмов накапливать в своих телах химические элементы в виде органических и неорганических соединений.

Круговорот химических элементов в биосфере – процессы превращения и перемещения вещества в природе: повторяющиеся взаимосвязанные физико-химические и биологические процессы. Основы биологического круговорота – солнечная энергия и улавливающий ее хлорофилл зеленых растений.

Биогеоценозы осуществляют циклы, по которым передвигаются атомы различных химических элементов. Без миграции атомов жизнь на Земле не могла бы существовать.

8. Изменения в биосфере под влиянием деятельности человека, сохранение равновесия в биосфере как основа ее целостности.

Деятельность человека загрязнение атмосферы, воды и почвы, разрушение экосистем, исчезновение видов растений и животных, увеличение концентрации углекислого, парниковый эффект.

Парниковые газы: оксид углерода, метан, оксид азота и фреоны.

Наибольшие изменения в погоде: увеличение числа экстремально жарких дней, длительные засухи, сменяющиеся проливными дождями, страшные ураганы, штормы и смерчи, причудливые, непредсказуемые смены погоды.

Потепление изменение схемы зарождения тайфунов, уменьшение количества осадков, опустынивание, гибель тропических лесов, частичное таяние льдов и подъем уровня Мирового океана.

Изменение климата усиление голода в странах третьего мира, ужесточение конфликтов из-за воды рек, используемых несколькими странами, рост беженцев, увеличение напряженности между сопредельными странами.

Роль озонового слоя: поглощает, не пропуская к поверхности Земли, ультрафиолетовое излучение, смертоносное для живых организмов.

Уничтожение лесов: массовое заболевание и гибель лесов Европы и Северной Америки из-за глобального загрязнения атмосферы, вод и почв, интенсивные рубки.

Состояние почв: непрерывное уничтожение почвенного покрова, эрозия – потеря верхнего плодородного слоя, неправильный режим полива и сброса дренажных вод засоление.

Потеря биоразнообразия. Совокупность всех видов – биоразнообразие Земли. Где разрушаются экосистемы или сильно сокращается их площадь, исчезают виды.

Ноосфера – это состояние биосферы, где разумная деятельность человека становится определяющим фактором ее развития (Э. Леруа и П. Тейер де Шарден,1927 г.).

Учение о ноосфере – В. И. Вернадский в 40-х годах ХХ века.

Рекомендуем почитать

Воинский учет

Десять открытий российских ученых, которые потрясли мир

Болезни

«Правописание суффиксов причастий

Болезни

Секретные фото луны Загадочные объекты на луне

Служба

Книга: Генри Форд. Моя жизнь. Мои достижения. Генри Форд: Моя жизнь, мои достижения

Военный билет

Как отличаются баллы ЕГЭ по регионам: результаты школьников и региональное неравенство

Призыв

Крупнейшие моря Индийский океан биография