1. Биология - наука о живой природе
Биология - это наука о живом, о строении живой материи и процессах с ее участием, формах и развитии живого, о распространении живых организмов и их природных сообществ, взаимосвязях живой и неживой природы.
Автором термина «биология» является Жан Батист Ламарк. До него эта область знаний определяли как естественную историю или философию природы.
В 1949 году была предложена классификация биологических наук: в ней выделилось 3 направления.
Биология:
общие биологические науки
частные науки
комплексные науки
молекулярная биология
ботаника
почвоведение
генетика
зоология
гидробиология и др.
анатомия и морфология
микология
биохимия
микробиология
экология и др.
вирусология
антропология
На сегодняшний день главной проблемой теоретической биологии является создание единой теории живого.
Жизнь - есть форма существования открытых, саморегулирующихся и самовоспроизводящихся систем, построенных из полимеров - белков и нуклеиновых кислот (по М.В. Волькенштейну).
Выделяют признаки (свойства) живой материи, отличающие ее от неживой:
1. Единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах 99 % химического состава приходится на четыре элемента -- углерод, кислород, азот и водород.
2. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток.
3. Обмен веществ. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности.
4. Энергозависимость. Живые тела представляют собой «открытые» для поступления энергии системы, т. е. не находящиеся в состоянии покоя системы, устойчивые лишь при условии непрерывного доступа к ним энергии и материи (в виде питательных веществ) извне.
5. Самовоспроизведение (репродукция) -- это свойство живых организмов воспроизводить себе подобных.
6. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она обусловлена стабильностью, т. е. постоянством, строения молекул ДНК.
7. Изменчивость. Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней. Изменчивость -- это способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которой лежат изменения биологических матриц.
8. Рост и развитие. Способность к развитию -- всеобщее свойство материи. Под развитием понимают необратимое направленное закономерное изменение объектов живой и неживой природы. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта, изменяется его состав или структура. Развитие живой формы существования материи представлено индивидуальным развитием, или онтогенезом, и историческим развитием, или филогенезом.
9. Раздражимость. Любой организм неразрывно связан с окружающей средой: извлекает из нее питательные вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организмами и т. д. В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство избирательно реагировать на внешние воздействия.
10. Саморегуляция (авторегуляция) - это способность живых организмов, обитающих в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность течения физиологических процессов. При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а избыток вызывает запасание этих веществ.
10. Ритмичность - это свойство присуще как живой, так и неживой природе. Обусловлено оно различными космическими и планетарными причинами: вращением Земли вокруг Солнца, сменой времен года, фазами Луны и т. д. Для неживой природы характерны, например, изменения освещенности и температуры в течение года и суток, приливы и отливы в морях и океанах, перемещение воздушных масс -- ветры и т. д. Живые организмы также подчиняются внешним датчикам времени, однако реакция их значительно сложнее изменений окружающей среды.
В настоящее время выделяют 8 уровней организации живой материи.
Задание 1. Впишите структурные составляющие каждого уровня организации жизни и укажите процессы, характерные для них.
|
уровень |
состав |
функционирование |
|
|
Молекулярный (молекулярно-генетический) |
биологические макромолекулы: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты |
обмен веществ, превращения энергии, распад веществ, передача наследственной информации |
|
|
клеточный |
Состоит из двух центриолей: дочернего и материнского. Одна из центриолей, а именно материнская, имеет множество дополнительных образований. Материнский участок диплосомы является источником создания микротрубочек. Обазовывают центросферу, состоящую из углеводов, белков и липидов. |
Образование внешних структур, так называемых жгутиков; образовывает реснички- волоскоподобные образования; образовывает нити веретена деления в процессе непрямого деления клетки (митоз) и в ходе деления ядра эукариотических клеток с уменьшением численности хромосом наполовину. |
|
|
тканевый |
Любая ткань представляет собой совокупность клеток и межклеточного вещества, которого может быть много (кровь, лимфа, рыхлая соединительная ткань) или мало (покровный эпителий). Клетки каждой ткани (и некоторых органов) имеют собственное название: клетки нервной ткани называются нейронами, клетки костной ткани - остеоцитами, печени - гепатоцитами и так далее. Межклеточное вещество химически представляет собой систему, состоящую из биополимеров в высокой концентрации и молекул воды. |
Каждая ткань выполняет свою функцию. Например: Эпителиальная ткань, покрывает тело, выстилает внутренние поверхности органов (желудка, кишечника, мочевого пузыря и других) и полостей (брюшной, плевральной), а также образует большинство желез. Соединительная ткань выполняет механическую, опорную, формообразующую и защитную функции. Жировая ткань используется для хранения жиров, при распаде которых высвобождается большое количество энергии. |
|
|
органный |
Система органов опоры и движения; пищеварительная; дыхательная; сердечно-сосудистая; мочевыделительная; половая (мужская, женская); эндокринная; нервная; соматосенсорная (покровная). |
Система органов предусматривает прежде всего функциональное объединение органов. |
|
|
организменный |
Различают четыре вида интеграции: механическую, гуморальную, химическую и нервную. В качестве механических интеграторов на тканевом уровне выступают межклеточные вещество и контакты; на органном уровне -- соединительная ткань; на системном --- вспомогательные органы. Гуморальные интеграторы -- это кровь и лимфа. Они выполняют интегративную роль на органном, системоорганном и организменном уровнях. Химическая интеграция -- это эндокринная регуляция, которая осуществляется гормонами, выделяемыми железами внутренней секреции. Гормоны оказывают свое интегративное действие на всех уровнях: клеточном, тканевом, органном, системоорганном и организменном. |
Органы помогают выполнять главные присущие характерные свойства для живого существа. А именно: обмен веществ, раздражимость, способность к росту, размножению, подвижность, поддержание постоянства внутренней среды, пластичность и целостность. |
|
|
популяционно-видовой |
|||
|
биогеоценотический |
|||
|
биосферный |
По вопросу происхождения жизни, как и по вопросу сущности жизни, нет единого мнения. Существует несколько гипотез возникновения жизни на Земле.
|
гипотеза |
сущность |
|
|
креационизм |
жизнь была создана Творцом (Бог, Идея, Высший разум и др.) и остается неизменной с момента сотворения |
|
|
гипотеза стационарного состояния |
жизнь, как и сама Вселенная, существовала всегда и будет существовать вечно, так как не имеющее начала не имеет и конца |
|
|
гипотеза панспермии |
жизнь на Землю была занесена из космоса, и прижилась здесь, после того как на Земле сложились благоприятные для этого условия |
|
|
гипотеза абиогенеза |
жизнь зародилась на Земле из неживой материи и прошла несколько этапов эволюции |
2. Клетка как биологическая система
Клетка - это структурно-функциональная единица живой материи.
В 1838 г. немецкие ученые Т.Шванн и М. Шлейден, сопоставив все имеющиеся в то время в науке факты, сформулировали первое положение клеточной теории: клетка является основной структурной и функциональной единицей в живых организмах. Современная клеточная теория включает 5 положений:
Клетка - единица строения и развития всех живых организмов.
Клетки всех живых организмов сходны по общему плану строения и обмена веществ.
Клетки размножаются делением. Каждая новая клетка возникает в результате деления исходной (материнской) клетки.
Многоклеточный организм развивается от отдельно взятой клетки.
В сложном многоклеточном организме сходные по строению и функциям клетки объединены в ткани. Из тканей состоят органы, формируются функциональные системы органов.
В современной биологии клеточная теория - это одно из крупнейших обобщений. Строение и жизнедеятельность клеток изучает наука цитология.
Химический состав живых организмов
Химический состав живых организмов можно выразить в 2 видах: атомный и молекулярный.
Атомный (элементный) характеризует соотношение атомов элементов, входящих в состав живых организмов.
Молекулярный (вещественный) состав отражает соотношение молекул веществ.
По содержанию элементы, входящие в состав живого, делятся на 3 группы:
макроэлементы - водород, углерод, кислород, азот (суммарно они составляют 99%);
микроэлементы - сера, фосфор, магний, натрий, железо, цинк, медь, йод, фтор, хлор (их суммарное содержание в клетке составляет порядка 0,1 %);
ультрамикроэлементы - уран, радий, золото, ртуть, цезий, селен и др. (их содержание незначительно, биологическая роль многих еще не раскрыта).
Задание 1. Укажите химические соединения, содержащиеся в живых организмах.
Задание 2. Заполните таблицу, указав особенности строения и функции основных органических и неорганических веществ клетки.
|
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА |
|||
|
название |
Особенности строения |
функции |
|
|
ВОДА |
молекула воды представляет из себя диполь |
§ средообразующая § пластическая § транспортная § тургорная § исходное вещество и продукт биохимических процессов § терморегуляторная |
|
|
Минеральные соли |
Часто встречаются в виде ионов. Среди ионов большое значение имеют соли К+, Na+, Са++ Ещё, Ca и P |
* обеспечивают такое важное для живых организмов свойтсво, как раздражимость * от концентрации солей зависит буферные свойства клетки |
|
|
ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА |
|||
|
Белки |
Бесконечное разнобразие белков осуществляется за счёт сочетания 20 аминокислот. И общую группу можно представить в виде: (Лера, тут приложенная картинка №1) |
* защитная (интерферон усиленно синтезируется в организме при вирусной инфекции); * структурная (коллаген входит в состав тканей, участвует в образовании рубца); * двигательная (миозин участвует в сокращении мышц); * запасная (альбумины яйца); * транспортная (гемоглобин эритроцитов переносит питательные вещества и продукты обмена); * рецепторная (белки-рецепторы обеспечивают узнавание клеткой веществ и других клеток); * регуляторная (регуляторные белки определяют активность генов); * белки-гормоны участвуют в гуморальной регуляции (инсулин регулирует уровень сахара в крови); * белки-ферменты катализируют все химические реакции в организме; * энергетическая (при распаде 1 г белка выделяется 17 кдж энергии). |
|
|
Жиры |
Гидрофобная головка (остаток глицерина) и гидрофильный хвост (жирные кислоты). Синтезируется следующим образом: глицерин (С3H5OH) + 3 жирные кислоты (радикал - карбоксильная группа) |
* нерастворимые в воде органические вещества. * выделяет энергию при расщеплении молекулы жира выделяя 38,9 кДж * защитная (подкожная клетчатка и слой жира вокруг внутренних органов предохраняют их от механических повреждений) ; * регуляторная (гормоны и витамины, содержащие липиды, регулируют обмен веществ) ; * теплоизолирующая (подкожная клетчатка сохраняет тепло) . |
|
|
Углеводы |
Моно- и полимеры, в состав которых входит углерод, водород и кислород в соотношении 1:2:1. |
* энергетическая (при распаде 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии) ; * структурная (целлюлоза, входящая в состав клеточной стенки у растений) ; * запасающая (запас питательных веществ в виде крахмала у растений и гликогена у животных) . |
|
|
Нуклеиновая кислота (АТФ) |
состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных между собой макроэргической связью. |
При гидролизе высвобождается большое количество энергии. АТФ является основным макроэргом клетки -- аккумулятором энергии в виде энергии высокоэнергетических химических связей. |
Структурная организация клетки.
Все клетки состоят из 3 основных частей: клеточной оболочки, цитоплазмы и ядра (у прокариот - нуклеоид). В цитоплазме находятся органоиды, выполняющие определенные функции.
Задание 3. Рассмотрев рисунок 1, заполните таблицу «Особенности строения и функции основных органоидов клетки.
|
органоид |
строение органоида |
функции |
|
|
Плазмалемма (цитоплазматическая мембрана) - основа клеточной оболочки |
двойной слой липидов с белками на разной глубине |
ограничивающая избирательная проницаемость проведение нервного импульса поддержание постоянства внутриклеточного состава |
|
|
Цитоплазматический матрикс |
|||
|
Пластиды |
|||
|
Эндоплазматическая сеть |
Состоящая из мембран сложная система каналов и полостей, пронизывающих всю цитоплазму. ЭПС бывает двух типов -- гранулированная (шероховатая) и гладкая. На мембранах гранулированной сети располагается множество мельчайших телец -- рибосом; в гладкой сети их нет. |
* участие в синтезе, накоплении и транспортировке основных органических веществ, вырабатываемых клеткой. Белок синтезируется в гранулированной, а углеводы и жиры -- в гладкой ЭПС. |
|
|
Ядро |
От цитоплазмы отделяет ядерная оболочка, состоящая из двух трехслойных мембран, между которыми располагается узкая полоска из полужидкого вещества. Через поры ядерной оболочки осуществляется обмен веществ между ядром и цитоплазмой. Полость ядра заполнена ядерным соком. В нем находятся ядрышко (одно или несколько), хромосомы, ДНК, РНК, белки и углеводы. |
* заключена наследственная информация |
|
|
Лизосомы |
Округлые тельца диаметром около 1 мкм. С поверхности лизосома ограничена трехслойной мембраной, внутри ее находится комплекс ферментов, способных расщеплять углеводы, жиры и белки. В клетке имеется несколько десятков лизосом. Новые лизосомы образуются в комплексе Гольджи. |
* переваривание пищи, попавшей в клетку путем фагоцитоза, и удаление отмерших органоидов. |
|
|
Клеточный центр |
Состоит из двух маленьких цилиндров -- центриолей (диаметром около 1 мкм), расположенных перпендикулярно друг другу. Стенки их состоят из коротких трубочек, полость заполнена полужидким веществом |
* образование веретена деления и равномерное распределение хромосом по дочерним клеткам |
|
|
Комплекс Гольджи |
Имеет разнообразную форму и состоит из ограниченных мембранами полостей, отходящих от них трубочек и расположенных на их концах пузырьков. |
* накопление и выведение органических веществ, синтезируемых в эндоплазматической сети, образование лизосом. |
|
|
Ядрышко |
округлое тельце размером от 1 до 10 мкм и более |
* синтез РНК |
|
|
Митохондрии |
Мелкие тельца, размером 0,2--0,7 мкм. Их количество в клетке достигает нескольких тысяч. Они часто меняют форму, размеры и местоположение в цитоплазме, перемещаясь в наиболее активную их часть. Внешний покров митохондрии состоит из двух трехслойных мембран. Наружная мембрана гладкая, внутренняя -- образует многочисленные выросты, на которых располагаются дыхательные ферменты. Внутренняя полость митохондрий заполнена жидкостью, в которой размещаются рибосомы, ДНК и РНК. Новые митохондрии образуются при делении старых. |
* синтез АТФ * синтез небольшого количество белков, ДНК и РНК. |
|
|
Вакуоли |
|||
|
Рибосомы |
Мелкие тельца, диаметром 15--20 нм, состоящие из двух частиц. В каждой клетке их сотни тысяч. Большинство рибосом располагаются на мембранах гранулированной ЭПС, а часть -- в цитоплазме. В их состав входят белки и р-РНК. |
* основная функция - синтез белка. |