Биологията като наука

Биология(от гръцки биос- живот, лого- слово, наука) е комплекс от науки за живата природа.

Предмет на биологията са всички прояви на живота: структурата и функциите на живите същества, тяхното разнообразие, произход и развитие, както и взаимодействието с околната среда. Основната задача на биологията като наука е да тълкува всички явления на живата природа на научна основа, като се има предвид, че целият организъм има свойства, коренно различни от неговите компоненти.

Терминът „биология“ се среща в трудовете на немските анатоми Т. Руз (1779) и К. Ф. Бурдах (1800), но едва през 1802 г. е използван за първи път независимо от Ж. Б. Ламарк и Г. Р. Тревиранус за обозначаване на науката, която изучава живите организми. .

Биологични науки

Понастоящем биологията включва редица науки, които могат да бъдат систематизирани по следните критерии: по предмет и преобладаващи методи на изследване и по ниво на организация на изучаваната жива природа. Според предмета на изучаване биологичните науки се делят на бактериология, ботаника, вирусология, зоология и микология.

Ботаникае биологична наука, която изчерпателно изучава растенията и растителната покривка на Земята. Зоология- клон на биологията, наука за разнообразието, структурата, жизнената дейност, разпространението и връзката на животните с тяхната среда, техния произход и развитие. Бактериология- биологична наука, която изучава структурата и дейността на бактериите, както и тяхната роля в природата. Вирусология- биологична наука, която изучава вирусите. Основният обект на микологията са гъбите, тяхната структура и характеристики на живота. Лихенология- биологична наука, която изучава лишеите. Бактериологията, вирусологията и някои аспекти на микологията често се разглеждат като част от микробиологията - клон на биологията, науката за микроорганизмите (бактерии, вируси и микроскопични гъби). Систематика или таксономия, е биологична наука, която описва и класифицира в групи всички живи и изчезнали същества.

От своя страна всяка от изброените биологични науки се дели на биохимия, морфология, анатомия, физиология, ембриология, генетика и систематика (растения, животни или микроорганизми). Биохимияе наука за химичния състав на живата материя, химичните процеси, протичащи в живите организми и лежащи в основата на тяхната жизнена дейност. Морфология- биологична наука, която изучава формата и структурата на организмите, както и моделите на тяхното развитие. В широк смисъл включва цитология, анатомия, хистология и ембриология. Разграничаване на морфологията на животните и растенията. Анатомияе клон на биологията (по-точно морфология), наука, която изучава вътрешната структура и форма на отделни органи, системи и организма като цяло. Анатомията на растенията се счита за част от ботаниката, анатомията на животните се счита за част от зоологията, а анатомията на човека е отделна наука. Физиология- биологична наука, която изучава жизнените процеси на растителни и животински организми, техните отделни системи, органи, тъкани и клетки. Има физиология на растенията, животните и човека. Ембриология (биология на развитието)- клон на биологията, наука за индивидуалното развитие на организма, включително развитието на ембриона.

Обект генетикаса законите на наследствеността и изменчивостта. В момента тя е една от най-динамично развиващите се биологични науки.

Според нивото на организация на изучаваната жива природа се разграничават молекулярна биология, цитология, хистология, органология, биология на организмите и суперорганизмови системи. Молекулярната биология е един от най-младите клонове на биологията, наука, която изучава по-специално организацията на наследствената информация и биосинтезата на протеини. Цитология или клетъчна биология, е биологична наука, чийто обект на изследване са клетките както на едноклетъчните, така и на многоклетъчните организми. Хистология- биологична наука, клон на морфологията, чийто обект е структурата на тъканите на растенията и животните. Областта на органологията включва морфологията, анатомията и физиологията на различни органи и техните системи.

Биологията на организма включва всички науки, които се занимават с живи организми, напр. етология- наука за поведението на организмите.

Биологията на надорганизмовите системи се разделя на биогеография и екология. Изучава разпространението на живите организми биогеография, докато екология- организация и функциониране на надорганизмови системи на различни нива: популации, биоценози (съобщества), биогеоценози (екосистеми) и биосфера.

Според преобладаващите методи на изследване могат да се разграничат описателна (например морфология), експериментална (например физиология) и теоретична биология.

Идентифицирането и обяснението на моделите на структурата, функционирането и развитието на живата природа на различни нива на нейната организация е задача обща биология. Включва биохимия, молекулярна биология, цитология, ембриология, генетика, екология, еволюционна наука и антропология. Еволюционна доктринаизучава причините, движещите сили, механизмите и общите закономерности на еволюцията на живите организми. Един от разделите му е палеонтология- наука, чийто предмет са изкопаемите останки от живи организми. Антропология- раздел на общата биология, науката за произхода и развитието на човека като биологичен вид, както и за разнообразието на съвременните човешки популации и моделите на тяхното взаимодействие.

Приложните аспекти на биологията са включени в областта на биотехнологиите, развъждането и други бързо развиващи се науки. Биотехнологияе биологичната наука, която изучава използването на живи организми и биологични процеси в производството. Намира широко приложение в хранително-вкусовата (пекарство, сирене, пивоварство и др.) и фармацевтичната промишленост (производство на антибиотици, витамини), за пречистване на вода и др. Избор- наука за методите за създаване на породи домашни животни, сортове култивирани растения и щамове микроорганизми с необходимите за хората свойства. Подборът се разбира и като процес на промяна на живите организми, извършван от хората за техните нужди.

Напредъкът на биологията е тясно свързан с успехите на други природни и точни науки, като физика, химия, математика, компютърни науки и др. Например микроскопията, ултразвукът (ултразвукът), томографията и други методи на биологията се основават на физически закони и изследването на структурата на биологичните молекули и процесите, протичащи в живите системи, би било невъзможно без използването на химични и физични методи. Използването на математически методи позволява, от една страна, да се установи наличието на естествена връзка между обекти или явления, да се потвърди надеждността на получените резултати, а от друга страна, да се моделира явление или процес. Напоследък компютърните методи, като моделирането, стават все по-важни в биологията. На пресечната точка на биологията и други науки възникват редица нови науки като биофизика, биохимия, бионика и др.

Постиженията на биологията

Най-важните събития в областта на биологията, които повлияха на целия ход на нейното по-нататъшно развитие, са: установяването на молекулярната структура на ДНК и нейната роля в предаването на информация в живата материя (Ф. Крик, Дж. Уотсън, М. Уилкинс); дешифриране на генетичния код (Р. Холи, Х. Г. Корана, М. Ниренберг); откриване на генната структура и генетичната регулация на протеиновия синтез (A.M. Lvov, F. Jacob, J.L. Monod и др.); формулиране на клетъчната теория (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer); изследване на моделите на наследствеността и променливостта (G. Mendel, H. de Vries, T. Morgan и др.); формулиране на принципите на съвременната систематика (C. Linnaeus), еволюционната теория (C. Darwin) и учението за биосферата (V. I. Vernadsky).

„луда крава“ (приони).

Работата по програмата за човешкия геном, която се провеждаше едновременно в няколко страни и беше завършена в началото на този век, ни доведе до разбирането, че хората имат около 25-30 хиляди гени, но информацията от по-голямата част от нашата ДНК никога не се чете , тъй като съдържа огромен брой региони и гени, кодиращи черти, които са загубили значение за хората (опашка, окосмяване по тялото и др.). Освен това са дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целеви гени за лекарства. Практическото прилагане на резултатите, получени по време на изпълнението на тази програма, обаче се отлага, докато не бъдат разшифровани геномите на значителен брой хора и тогава ще стане ясно какви са техните различия. Тези цели са поставени пред редица водещи лаборатории по света, работещи по внедряването на програмата ENCODE.

Биологичните изследвания са в основата на медицината, фармацията и се използват широко в селското и горското стопанство, хранително-вкусовата промишленост и други отрасли на човешката дейност.

Добре известно е, че само „зелената революция“ от 50-те години на миналия век направи възможно поне частично да се реши проблемът с осигуряването на бързо нарастващото население на Земята с храна и добитък с фураж чрез въвеждането на нови сортове растения и модерни технологии за тяхното отглеждане. Поради факта, че генетично програмираните свойства на селскостопанските култури вече са почти изчерпани, по-нататъшното решение на хранителния проблем е свързано с широкото въвеждане на генетично модифицирани организми в производството.

Производството на много хранителни продукти, като сирена, кисели млека, колбаси, печива и др., също е невъзможно без използването на бактерии и гъбички, което е обект на биотехнологиите.

Познаването на естеството на патогените, процесите на много заболявания, механизмите на имунитета, моделите на наследственост и изменчивостта направиха възможно значително намаляване на смъртността и дори пълно изкореняване на редица заболявания, като едрата шарка. С помощта на най-новите постижения на биологичната наука се решава и проблемът с човешката репродукция.

Значителна част от съвременните лекарства се произвеждат на базата на естествени суровини, както и благодарение на успехите на генното инженерство, като например инсулинът, толкова необходим за пациентите с диабет, се синтезира главно от бактерии, на които съответният ген е прехвърлен.

Биологичните изследвания са не по-малко важни за опазването на околната среда и разнообразието от живи организми, заплахата от изчезване на които поставя под въпрос съществуването на човечеството.

Най-голямо значение сред постиженията на биологията има фактът, че те дори формират основата за изграждане на невронни мрежи и генетичен код в компютърните технологии, а също така се използват широко в архитектурата и други индустрии. Без съмнение 21-ви век е векът на биологията.

Методи за познание на живата природа

Като всяка друга наука, биологията има свой собствен арсенал от методи. В допълнение към научния метод на познание, използван в други области, в биологията широко се използват методи като исторически, сравнително-описателен и др.

Научният метод на познание включва наблюдение, формулиране на хипотези, експеримент, моделиране, анализ на резултатите и извеждане на общи закономерности.

Наблюдение- това е целенасоченото възприемане на предмети и явления с помощта на сетивата или инструментите, определени от задачата на дейността. Основното условие за научно наблюдение е неговата обективност, т.е. възможността за проверка на данните, получени чрез многократно наблюдение или използване на други изследователски методи, като експеримент. Фактите, получени в резултат на наблюдение, се наричат данни. Те могат да бъдат като качество(описващ мирис, вкус, цвят, форма и т.н.) и количествен, а количествените данни са по-точни от качествените.

Въз основа на данни от наблюдения се формулира хипотеза- предполагаема преценка за естествената връзка на явленията. Хипотезата се тества в серия от експерименти. Експериментсе нарича научно проведен експеримент, наблюдение на явлението, което се изучава при контролирани условия, което позволява да се идентифицират характеристиките на даден обект или явление. Най-висшата форма на експеримент е моделиране- изследване на всякакви явления, процеси или системи от обекти чрез конструиране и изучаване на техни модели. По същество това е една от основните категории на теорията на познанието: всеки метод на научно изследване, както теоретичен, така и експериментален, се основава на идеята за моделиране.

Експерименталните и симулационни резултати подлежат на внимателен анализ. Анализнаречен метод на научно изследване чрез разлагане на обект на неговите съставни части или умствено разчленяване на обект чрез логическа абстракция. Анализът е неразривно свързан със синтеза. Синтезе метод за изучаване на предмет в неговата цялост, в единството и взаимовръзката на неговите части. В резултат на анализ и синтез става най-успешната изследователска хипотеза работна хипотеза, и ако може да издържи на опитите да го опровергае и все още успешно предсказва необясними досега факти и взаимоотношения, тогава може да се превърне в теория.

Под теорияразбират форма на научно познание, която дава холистична представа за моделите и съществените връзки на реалността. Общата насока на научните изследвания е да се постигнат по-високи нива на предвидимост. Ако никакви факти не могат да променят една теория и отклоненията от нея, които се случват, са редовни и предвидими, тогава тя може да бъде издигната до ранг на закон- необходима, съществена, устойчива, повтаряща се връзка между явленията в природата.

С нарастването на обема от знания и подобряването на изследователските методи хипотезите и добре установените теории могат да бъдат оспорени, модифицирани и дори отхвърлени, тъй като самото научно познание е динамично по природа и постоянно подлежи на критично претълкуване.

Исторически методразкрива закономерностите на появата и развитието на организмите, формирането на тяхната структура и функция. В редица случаи с помощта на този метод хипотези и теории, които преди са били считани за неверни, придобиват нов живот. Това например се случи с предположенията на Чарлз Дарвин за естеството на предаването на сигнала в растението в отговор на влиянията на околната среда.

Сравнително-описателен методосигурява анатомичен и морфологичен анализ на обектите на изследване. Той е в основата на класификацията на организмите, идентифицирайки моделите на възникване и развитие на различни форми на живот.

Мониторинге система от мерки за наблюдение, оценка и прогнозиране на промените в състоянието на обекта, който се изследва, по-специално биосферата.

Провеждането на наблюдения и експерименти често изисква използването на специално оборудване, като микроскопи, центрофуги, спектрофотометри и др.

Микроскопията се използва широко в зоологията, ботаниката, човешката анатомия, хистологията, цитологията, генетиката, ембриологията, палеонтологията, екологията и други клонове на биологията. Тя ви позволява да изучавате фината структура на обектите с помощта на светлинни, електронни, рентгенови и други видове микроскопи.

Устройство за светлинен микроскоп. Светлинният микроскоп се състои от оптични и механични части. Първият включва окуляра, обективите и огледалото, а вторият включва тръбата, триножника, основата, етапа и винта.

Общото увеличение на микроскопа се определя по формулата:

увеличение на обектива $×$ увеличение на окуляра $-$ увеличение на микроскопа.

Например, ако обективът увеличи обект с $8$ пъти, а окулярът с $7$, тогава общото увеличение на микроскопа е $56$.

Диференциално центрофугиране, или фракциониране,ви позволява да разделяте частиците според техния размер и плътност под въздействието на центробежна сила, която се използва активно при изучаване на структурата на биологичните молекули и клетки.

Арсеналът от биологични методи непрекъснато се актуализира и в момента е почти невъзможно да се покрие напълно. Ето защо някои методи, използвани в отделните биологични науки, ще бъдат обсъдени по-долу.

Ролята на биологията във формирането на съвременната природонаучна картина на света

На етапа на своето формиране биологията все още не съществува отделно от другите природни науки и се ограничава само до наблюдение, изучаване, описание и класификация на представители на животинския и растителния свят, т.е. тя е описателна наука. Това обаче не попречи на древните натуралисти Хипократ (ок. 460–377 г. пр. н. е.), Аристотел (384–322 г. пр. н. е.) и Теофраст (истинско име Тиртам, 372–287 г. пр. н. е.) да дадат значителен принос в развитието на представи за структурата на човешкото тяло и животните, както и за биологичното разнообразие на животните и растенията, като по този начин полага основите на човешката анатомия и физиология, зоология и ботаника.

Задълбочаването на знанията за живата природа и систематизирането на натрупаните преди това факти, настъпили през 16-18 век, завършват с въвеждането на бинарна номенклатура и създаването на хармонична таксономия на растенията (C. Linnaeus) и животните (J. B. Lamarck). ).

Описанието на значителен брой видове с подобни морфологични характеристики, както и палеонтологичните находки станаха предпоставка за развитието на идеи за произхода на видовете и пътищата на историческото развитие на органичния свят. Така експериментите на Ф. Реди, Л. Спаланцани и Л. Пастьор през 17-19 век опровергаха хипотезата за спонтанното зараждане, изложена от Аристотел и преобладаваща през Средновековието, и теорията за биохимичната еволюция на А. И. Опарин и Дж. Халдейн, блестящо потвърден от С. Милър и Г. Юри, ни позволи да отговорим на въпроса за произхода на всички живи същества.

Ако процесът на възникване на живите същества от неживи компоненти и неговата еволюция сами по себе си вече не предизвикват съмнения, то механизмите, пътищата и посоките на историческото развитие на органичния свят все още не са напълно разбрани, тъй като нито едно от двете Основните конкуриращи се теории на еволюцията (синтетичната теория на еволюцията, създадена въз основа на теорията на Ч. Дарвин и теорията на Дж. Б. Ламарк) все още не могат да предоставят изчерпателни доказателства.

Използването на микроскопия и други методи на сродните науки, поради напредъка в областта на други природни науки, както и въвеждането на експерименталната практика, позволи на немските учени Т. Шван и М. Шлейден да формулират клетъчна теория още през 19 век, по-късно допълнен от Р. Вирхов и К. Баер. Това се превърна в най-важното обобщение в биологията, което формира крайъгълния камък на съвременните идеи за единството на органичния свят.

Откриването на модели на предаване на наследствена информация от чешкия монах Г. Мендел послужи като тласък за по-нататъшното бързо развитие на биологията през 20-21 век и доведе не само до откриването на универсалния носител на наследствеността - ДНК, но и също и генетичния код, както и фундаменталните механизми за контрол, четене и променливост на наследствената информация.

Развитието на идеите за околната среда доведе до появата на такава наука като екология и формулировката учение за биосфератакато сложна многокомпонентна планетарна система от взаимосвързани огромни биологични комплекси, както и химични и геоложки процеси, протичащи на Земята (V.I. Vernadsky), което в крайна сметка позволява поне в малка степен да се намалят негативните последици от икономическата дейност на човека.

По този начин биологията играе важна роля във формирането на съвременната природонаучна картина на света.

Нивова организация и еволюция. Основните нива на организация на живата природа: клетъчно, организмово, популационно-видово, биогеоценотично, биосферно. Биологични системи. Обща характеристика на биологичните системи: клетъчна структура, особености на химичния състав, метаболизъм и преобразуване на енергия, хомеостаза, раздразнителност, движение, растеж и развитие, размножаване, еволюция

Нивова организация и еволюция

Живата природа не е хомогенна формация като кристал, а е представена от безкрайно разнообразие от съставните й обекти (само в момента са описани около 2 милиона вида организми). В същото време това разнообразие не е доказателство за царящия в него хаос, тъй като организмите имат клетъчна структура, организмите от един и същи вид образуват популации, всички популации, живеещи на едно парче земя или вода, образуват общности и във взаимодействие с телата от неживата природа образуват биогеоценози, които на свой ред изграждат биосферата.

По този начин живата природа е система, чиито компоненти могат да бъдат подредени в строг ред: от по-ниско към по-високо. Този принцип на организация прави възможно разграничаването на индивида ниваи дава цялостно разбиране за живота като природен феномен. На всяко ниво на организация се определят елементарна единица и елементарно явление. Като елементарна единицаразглеждат структура или обект, промените в които представляват специфичен за съответното ниво принос към процеса на запазване и развитие на живота, докато самата тази промяна е елементарно явление.

Образуването на такава многостепенна структура не може да се случи мигновено - това е резултат от милиарди години историческо развитие, по време на което е имало прогресивно усложняване на формите на живот: от комплекси от органични молекули до клетки, от клетки до организми, и т.н. Веднъж образувана, тази структура поддържа своето съществуване благодарение на сложна регулаторна система и продължава да се развива, като на всяко от нивата на организация на живата материя настъпват съответните еволюционни трансформации.

Основните нива на организация на живата природа: клетъчно, организмово, популационно-видово, биогеоценотично, биосферно

В момента има няколко основни нива на организация на живата материя: клетъчно, организмово, популационно-видово, биогеоценотично и биосферно.

Клетъчно ниво

Въпреки че проявите на някои свойства на живите същества вече се дължат на взаимодействието на биологични макромолекули (протеини, нуклеинови киселини, полизахариди и др.), единицата на структурата, функциите и развитието на живите същества е клетката, която е способна да носи извеждане и свързване на процесите на внедряване и предаване на наследствена информация с метаболизъм и преобразуване на енергия, като по този начин осигурява функционирането на по-високите нива на организацията. Елементарната единица на клетъчното ниво на организация е клетката, а елементарното явление са реакциите на клетъчния метаболизъм.

Организмово ниво

Организъме интегрална система, способна на самостоятелно съществуване. Според броя на клетките, които изграждат организмите, те се делят на едноклетъчни и многоклетъчни. Клетъчното ниво на организация при едноклетъчните организми (амеба вулгарис, зелена еуглена и др.) съвпада с организмовото ниво. Имаше период в историята на Земята, когато всички организми бяха представени само от едноклетъчни форми, но те осигуряваха функционирането както на биогеоценозите, така и на биосферата като цяло. Повечето многоклетъчни организми са представени от съвкупност от тъкани и органи, които от своя страна също имат клетъчна структура. Органите и тъканите са адаптирани да изпълняват специфични функции. Елементарната единица на това ниво е индивидът в неговото индивидуално развитие или онтогенеза, поради което организмовото ниво се нарича още онтогенетичен. Елементарно явление на това ниво са промените в организма в индивидуалното му развитие.

Популационно-видово ниво

Население- това е колекция от индивиди от един и същи вид, свободно кръстосващи се помежду си и живеещи отделно от други подобни групи индивиди.

В популациите има свободен обмен на наследствена информация и нейното предаване на потомците. Популацията е елементарна единица на ниво популация-вид, а елементарното явление в този случай са еволюционните трансформации, като мутации и естествен подбор.

Биогеоценотично ниво

Биогеоценозае исторически установена общност от популации от различни видове, свързани помежду си и с околната среда чрез метаболизъм и енергия.

Биогеоценозите са елементарни системи, в които протича материално-енергийният цикъл, обусловен от жизнената дейност на организмите. Самите биогеоценози са елементарни единици на дадено ниво, докато елементарните явления са потоци от енергия и цикли на вещества в тях. Биогеоценозите съставляват биосферата и определят всички процеси, протичащи в нея.

Биосферно ниво

Биосфера- обвивката на Земята, обитавана от живи организми и трансформирана от тях.

Биосферата е най-високото ниво на организация на живота на планетата. Тази обвивка покрива долната част на атмосферата, хидросферата и горния слой на литосферата. Биосферата, както всички останали биологични системи, е динамична и се трансформира активно от живите същества. Самата тя е елементарна единица на биосферното ниво, а процесите на циркулация на вещества и енергия, протичащи с участието на живи организми, се считат за елементарно явление.

Както бе споменато по-горе, всяко от нивата на организация на живата материя дава своя принос в единен еволюционен процес: в клетката не само се възпроизвежда заложената наследствена информация, но и се извършва нейната промяна, което води до появата на нови комбинации от характеристики и свойства на организма, които от своя страна са подчинени на действието на естествения отбор на популационно-видово ниво и др.

Биологични системи

Биологичните обекти с различна степен на сложност (клетки, организми, популации и видове, биогеоценози и самата биосфера) понастоящем се разглеждат като биологични системи.

Системата е съвкупност от структурни компоненти, чието взаимодействие поражда нови свойства в сравнение с тяхната механична съвкупност. По този начин организмите се състоят от органи, органите се образуват от тъкани, а тъканите образуват клетки.

Характерните черти на биологичните системи са тяхната цялост, принципът на ниво на организация, както беше обсъдено по-горе, и отвореността. Целостта на биологичните системи до голяма степен се постига чрез саморегулация, работеща на принципа на обратната връзка.

ДА СЕ отворени системивключват системи, между които се извършва обмен на вещества, енергия и информация между тях и околната среда, например растенията в процеса на фотосинтеза улавят слънчевата светлина и абсорбират вода и въглероден диоксид, освобождавайки кислород.

Обща характеристика на биологичните системи: клетъчна структура, особености на химичния състав, метаболизъм и преобразуване на енергия, хомеостаза, раздразнителност, движение, растеж и развитие, размножаване, еволюция

Биологичните системи се различават от телата на неживата природа по набор от признаци и свойства, сред които основните са клетъчна структура, химичен състав, метаболизъм и преобразуване на енергия, хомеостаза, раздразнителност, движение, растеж и развитие, възпроизводство и еволюция.

Елементарната структурна и функционална единица на живото същество е клетката. Дори вирусите, които принадлежат към неклетъчните форми на живот, не са способни да се самовъзпроизвеждат извън клетките.

Има два вида клетъчна структура: прокариотниИ еукариотни. Прокариотните клетки нямат оформено ядро, тяхната генетична информация е концентрирана в цитоплазмата. Прокариотите включват предимно бактерии. Генетичната информация в еукариотните клетки се съхранява в специална структура - ядрото. Еукариотите включват растения, животни и гъби. Ако при едноклетъчните организми всички прояви на живота са присъщи на клетката, то при многоклетъчните организми възниква клетъчна специализация.

Няма нито един химичен елемент, открит в живите организми, който да не съществува в неживата природа, но техните концентрации се различават значително в първия и втория случай. В живата природа преобладават елементи като въглерод, водород и кислород, които са част от органичните съединения, докато неживата природа се характеризира главно с неорганични вещества. Най-важните органични съединения са нуклеиновите киселини и протеините, които осигуряват функциите на самовъзпроизвеждане и самоподдържане, но нито едно от тези вещества не е носител на живот, тъй като нито поотделно, нито в група те са способни на самовъзпроизвеждане - това изисква цялостен комплекс от молекули и структури, какъвто е клетката.

Всички живи системи, включително клетките и организмите, са отворени системи. Въпреки това, за разлика от неживата природа, където основно се извършва пренос на вещества от едно място на друго или промяна в агрегатното им състояние, живите същества са способни на химическа трансформация на консумираните вещества и използване на енергия. Метаболизмът и преобразуването на енергията са свързани с процеси като хранене, дишане и отделяне.

Под хранаобикновено разбират влизането в тялото, храносмилането и асимилацията на вещества, необходими за попълване на енергийните резерви и изграждане на тялото на тялото. Според начина на хранене всички организми се делят на автотрофиИ хетеротрофи.

Автотрофи- това са организми, които са способни да синтезират органични вещества от неорганични.

Хетеротрофи- Това са организми, които консумират готови органични вещества за храна. Автотрофите се делят на фотоавтотрофи и хемоавтотрофи. Фотоавтотрофиизползват енергията на слънчевата светлина за синтезиране на органични вещества. Процесът на преобразуване на светлинната енергия в енергията на химичните връзки на органичните съединения се нарича фотосинтеза. По-голямата част от растенията и някои бактерии (например цианобактерии) са фотоавтотрофи. Като цяло фотосинтезата не е много продуктивен процес, в резултат на което повечето растения са принудени да водят привързан начин на живот. Хемоавтотрофиизвлича енергия за синтеза на органични съединения от неорганични съединения. Този процес се нарича хемосинтеза. Типични хемоавтотрофи са някои бактерии, включително серни бактерии и железни бактерии.

Останалите организми - животни, гъби и по-голямата част от бактериите - са хетеротрофи.

Дишането е процес на разграждане на органични вещества до по-прости, при което се освобождава енергията, необходима за поддържане на живота на организмите.

Разграничете аеробно дишане, изискващи кислород, и анаеробни, протичащи без участието на кислород. Повечето организми са аероби, въпреки че анаероби се срещат и сред бактерии, гъбички и животни. С дишането на кислород сложните органични вещества могат да бъдат разградени до вода и въглероден диоксид.

Екскрецията обикновено се отнася до отстраняването от тялото на крайните метаболитни продукти и излишъка от различни вещества (вода, соли и др.), получени от храната или образувани в нея. Процесите на отделяне са особено интензивни при животните, докато растенията са изключително икономични.

Благодарение на метаболизма и енергията се осигурява връзката на тялото с околната среда и се поддържа хомеостазата.

Хомеостаза- това е способността на биологичните системи да издържат на промени и да поддържат относително постоянство на химичния състав, структура и свойства, както и да осигуряват постоянство на функциониране при променящи се условия на околната среда. Адаптирането към променящите се условия на околната среда се нарича адаптация.

раздразнителност- това е универсалното свойство на живите същества да реагират на външни и вътрешни влияния, което е в основата на адаптацията на организма към условията на околната среда и тяхното оцеляване. Реакцията на растенията към промените във външните условия се състои например в обръщане на листните остриета към светлината, а при повечето животни има по-сложни форми, които имат рефлексивен характер.

Движение- неразделно свойство на биологичните системи. Той се проявява не само под формата на движение на телата и техните части в пространството, например в отговор на дразнене, но и в процеса на растеж и развитие.

Новите организми, които се появяват в резултат на размножаването, не получават готови характеристики от родителите си, а определени генетични програми, възможност за развитие на определени характеристики. Тази наследствена информация се реализира по време на индивидуалното развитие. Индивидуалното развитие се изразява, като правило, в количествени и качествени промени в организма. Количествените промени в тялото се наричат ​​растеж. Те се проявяват, например, под формата на увеличаване на масата и линейните размери на организма, което се основава на възпроизвеждането на молекули, клетки и други биологични структури.

Развитие на организма- това е появата на качествени различия в структурата, усложняване на функциите и т.н., което се основава на клетъчната диференциация.

Растежът на организмите може да продължи през целия живот или да завърши на определен етап. В първия случай говорим за неограничен, или отворен растеж. Характерен е за растенията и гъбите. Във втория случай имаме работа ограничен, или затворен растеж, характерен за животни и бактерии.

Продължителността на съществуване на отделна клетка, организъм, вид и други биологични системи е ограничена във времето, главно поради влиянието на факторите на околната среда, така че е необходимо постоянно възпроизвеждане на тези системи. Възпроизвеждането на клетките и организмите се основава на процеса на самоудвояване на ДНК молекулите. Размножаването на организмите осигурява съществуването на вида, а размножаването на всички видове, обитаващи Земята, осигурява съществуването на биосферата.

Наследственостнаричаме предаването на характеристиките на родителските форми през няколко поколения.

Въпреки това, ако характеристиките бяха запазени по време на възпроизводството, адаптирането към променящите се условия на околната среда би било невъзможно. В това отношение се появи свойство, противоположно на наследствеността - променливост.

Променливост- това е възможността за придобиване на нови характеристики и свойства по време на живота, което осигурява еволюцията и оцеляването на най-адаптираните видове.

Еволюцияе необратим процес на историческо развитие на живите същества.

Базира се на прогресивно размножаване, наследствена изменчивост, борба за съществуванеИ естествен подбор. Действието на тези фактори е довело до огромно разнообразие от форми на живот, адаптирани към различни условия на околната среда. Прогресивната еволюция е преминала през редица етапи: предклетъчни форми, едноклетъчни организми, все по-сложни многоклетъчни организми до човека.

Генетика, нейните задачи. Наследствеността и изменчивостта са свойства на организмите. Генетични методи. Основни генетични понятия и символика. Хромозомна теория на наследствеността. Съвременни представи за гена и генома

Генетика, нейните задачи

Напредъкът в естествените науки и клетъчната биология през 18-19 век позволи на редица учени да направят предположения за съществуването на определени наследствени фактори, които определят например развитието на наследствени заболявания, но тези предположения не бяха подкрепени от съответните доказателства. Дори теорията за вътреклетъчната пангенеза, формулирана от H. de Vries през 1889 г., която предполага съществуването в клетъчното ядро ​​на определени "пангени", които определят наследствените наклонности на организма, и освобождаването в протоплазмата само на тези от тях, които определят вид клетка, не може да промени ситуацията, както и теорията за "зародишната плазма" на А. Вайсман, според която характеристиките, придобити в процеса на онтогенезата, не се наследяват.

Едва трудовете на чешкия изследовател Г. Мендел (1822–1884) стават основният камък на съвременната генетика. Но въпреки факта, че неговите произведения са цитирани в научни публикации, съвременниците му не им обръщат внимание. И само преоткриването на моделите на независимо наследство от трима учени наведнъж - Е. Чермак, К. Коренс и Х. де Врис - принуди научната общност да се обърне към произхода на генетиката.

Генетикае наука, която изучава моделите на наследствеността и изменчивостта и методите за тяхното управление.

Задачите на генетикатана съвременния етап са изучаването на качествени и количествени характеристики на наследствения материал, анализ на структурата и функционирането на генотипа, дешифриране на фината структура на гена и методи за регулиране на генната активност, търсене на гени, които причиняват развитието на наследствени човешки заболявания и методи за „коригирането“ им, създаване на ново поколение лекарства от типа ДНК ваксини, конструиране чрез генно и клетъчно инженерство на организми с нови свойства, които да произвеждат необходимите на човека лекарства и хранителни продукти, както и като пълно дешифриране на човешкия геном.

Наследственост и изменчивост – свойства на организмите

Наследственосте способността на организмите да предават своите характеристики и свойства през поредица от поколения.

Променливост- способността на организмите да придобиват нови характеристики по време на живота.

Знаци- това са всякакви морфологични, физиологични, биохимични и други характеристики на организмите, по които някои от тях се различават от други, например цвят на очите. Имотинаричани още всякакви функционални характеристики на организмите, които се основават на определена структурна характеристика или група от елементарни характеристики.

Характеристиките на организмите могат да бъдат разделени на качествоИ количествен. Качествените признаци имат две или три контрастни проявления, които се наричат алтернативни знаци,например сини и кафяви цветове на очите, докато количествените (добив на мляко от крави, добив на пшеница) нямат ясно изразени разлики.

Материалният носител на наследствеността е ДНК. При еукариотите има два вида наследственост: генотипниИ цитоплазмен. Носителите на генотипната наследственост са локализирани в ядрото и ще бъдат разгледани по-нататък, докато носителите на цитоплазмената наследственост са кръговите ДНК молекули, разположени в митохондриите и пластидите. Цитоплазмената наследственост се предава главно с яйцето, поради което се нарича още майчина.

Малък брой гени са локализирани в митохондриите на човешките клетки, но техните промени могат да окажат значително влияние върху развитието на организма, например да доведат до развитие на слепота или постепенно намаляване на подвижността. Пластидите играят също толкова важна роля в живота на растенията. По този начин в някои области на листата могат да присъстват клетки без хлорофил, което води, от една страна, до намаляване на продуктивността на растенията, а от друга страна, такива разнообразни организми се ценят в декоративното озеленяване. Такива екземпляри се размножават главно асексуално, тъй като сексуалното размножаване често произвежда обикновени зелени растения.

Генетични методи

1. Хибридологичният метод или методът на кръстосването се състои в подбор на родителски индивиди и анализ на потомството. В този случай генотипът на организма се съди по фенотипните прояви на гените в потомците, получени чрез определена схема на кръстосване. Това е най-старият информативен метод на генетиката, който е най-пълно използван за първи път от Г. Мендел в комбинация със статистическия метод. Този метод не е приложим в човешката генетика по етични причини.

2. Цитогенетичният метод се основава на изследването на кариотипа: броя, формата и размера на хромозомите на организма. Изследването на тези характеристики ни позволява да идентифицираме различни патологии на развитието.

3. Биохимичният метод ви позволява да определите съдържанието на различни вещества в организма, особено техния излишък или дефицит, както и активността на редица ензими.

4. Молекулярно-генетичните методи са насочени към идентифициране на вариации в структурата и дешифриране на първичната нуклеотидна последователност на изследваните участъци на ДНК. Те позволяват да се идентифицират гени за наследствени заболявания дори в ембриони, да се установи бащинство и др.

5. Популационният статистически метод позволява да се определи генетичният състав на популацията, честотата на определени гени и генотипове, генетичният товар, както и да се очертаят перспективите за развитие на популацията.

6. Методът на хибридизация на соматични клетки в културата позволява да се определи локализацията на определени гени в хромозомите по време на сливането на клетки от различни организми, например мишка и хамстер, мишка и човек и др.

Основни генетични понятия и символика

ген- това е част от ДНК молекула или хромозома, която носи информация за определена черта или свойство на даден организъм.

Някои гени могат да повлияят на проявата на няколко черти едновременно. Това явление се нарича плейотропия. Например, генът, който причинява развитието на наследственото заболяване арахнодактилия (паякови пръсти), също причинява кривина на лещата и патологии на много вътрешни органи.

Всеки ген заема строго определено място в хромозомата - локус. Тъй като в соматичните клетки на повечето еукариотни организми хромозомите са сдвоени (хомоложни), всяка от сдвоените хромозоми съдържа едно копие на гена, отговорен за определена черта. Такива гени се наричат алелен.

Алелните гени най-често съществуват в два варианта – доминантен и рецесивен. Доминантеннаречен алел, който се проявява независимо от това кой ген се намира на другата хромозома и потиска развитието на признака, кодиран от рецесивния ген. Доминантните алели обикновено се обозначават с главни букви на латинската азбука (A, B, C и т.н.), а рецесивните алели се обозначават с малки букви (a, b, c и т.н.). Рецесивеналелите могат да се експресират само ако заемат локуси на двете сдвоени хромозоми.

Нарича се организъм, който има еднакви алели на двете хомоложни хромозоми хомозиготенза този ген, или хомозиготен(AA, aa, AABB, aabb и т.н.), а организъм, който има различни генни варианти на двете хомоложни хромозоми - доминантна и рецесивна - се нарича хетерозиготниза този ген, или хетерозиготни(Aa, AaBb и т.н.).

Редица гени могат да имат три или повече структурни варианта, например кръвните групи според системата AB0 са кодирани от три алела - I A, I B, т.е. Това явление се нарича множествен алелизъм.Но дори и в този случай всяка хромозома от двойка носи само един алел, т.е. и трите генни варианта не могат да бъдат представени в един организъм.

Геном- набор от гени, характерни за хаплоиден набор от хромозоми.

Генотип- набор от гени, характерни за диплоиден набор от хромозоми.

Фенотип- набор от характеристики и свойства на организма, който е резултат от взаимодействието на генотипа и околната среда.

Тъй като организмите се различават един от друг по много черти, моделите на тяхното наследяване могат да бъдат установени само чрез анализ на две или повече черти в потомството. Кръстосването, при което се взема предвид наследството и се извършва точно количествено преброяване на потомството според една двойка алтернативни характеристики, се нарича монохибриденм, в два чифта - дихибриден, според по-голям брой знаци - полихибриден.

Въз основа на фенотипа на индивида не винаги е възможно да се определи неговият генотип, тъй като както организъм, хомозиготен за доминантния ген (AA), така и хетерозиготен (Aa), ще има проява на доминантния алел във фенотипа. Следователно, за да проверят генотипа на даден организъм с кръстосано оплождане, те използват тестов кръст- кръстосване, при което организъм с доминантен признак се кръстосва с един хомозиготен по рецесивен ген. В този случай организъм, хомозиготен за доминантния ген, няма да доведе до разцепване в потомството, докато в потомството на хетерозиготни индивиди има равен брой индивиди с доминантни и рецесивни черти.

Следните конвенции най-често се използват за записване на схеми за кръстосване:

R (от лат. родител- родители) - родителски организми;

$♀$ (алхимичен знак на Венера - огледало с дръжка) - майчин екземпляр;

$♂$ (алхимичен знак на Марс - щит и копие) - индивид по бащина линия;

$×$ - знак за пресичане;

F 1, F 2, F 3 и др. - хибриди от първо, второ, трето и следващи поколения;

F a - потомство от анализиращо кръстосване.

Хромозомна теория на наследствеността

Основателят на генетиката Г. Мендел, както и неговите най-близки последователи, не са имали ни най-малка представа за материалната основа на наследствените наклонности или гените. Въпреки това, още през 1902-1903 г., немският биолог Т. Бовери и американският студент У. Сатън независимо един от друг предполагат, че поведението на хромозомите по време на узряването и оплождането на клетките позволява да се обясни разделянето на наследствените фактори според Мендел, т.е. според тях гените трябва да са разположени върху хромозомите. Тези предположения станаха крайъгълният камък на хромозомната теория за наследствеността.

През 1906 г. английските генетици W. Bateson и R. Punnett откриват нарушение на менделската сегрегация при кръстосване на сладък грах, а техният сънародник L. Doncaster, в експерименти с пеперуда от цариградско грозде, открива наследяване, свързано с пола. Резултатите от тези експерименти явно противоречат на тези на Мендел, но ако вземем предвид, че по това време вече е било известно, че броят на известните характеристики за експериментални обекти далеч надхвърля броя на хромозомите и това предполага, че всяка хромозома носи повече от един ген, и гените на една хромозома се наследяват заедно.

През 1910 г. започват експерименти от групата на Т. Морган върху нов експериментален обект - плодовата муха Drosophila. Резултатите от тези експерименти позволиха до средата на 20-те години на 20-ти век да се формулират основните принципи на хромозомната теория на наследствеността, да се определи редът на гените в хромозомите и разстоянията между тях, т.е. да се съставят първите карти на хромозомите.

Основни положения на хромозомната теория на наследствеността:

1. Гените са разположени върху хромозомите. Гените на една и съща хромозома се наследяват заедно или свързани и се наричат група съединител. Броят на групите на свързване е числено равен на хаплоидния набор от хромозоми.
2. Всеки ген заема строго определено място в хромозомата - локус.
3. Гените в хромозомите са подредени линейно.
4. Прекъсването на генното свързване възниква само в резултат на кръстосване.
5. Разстоянието между гените в една хромозома е пропорционално на процента на кръстосване между тях.
6. Независимото наследяване е характерно само за гени на нехомоложни хромозоми.

Съвременни представи за гена и генома

В началото на 40-те години на ХХ век J. Beadle и E. Tatum, анализирайки резултатите от генетични изследвания, проведени върху гъбичките neurospora, стигат до извода, че всеки ген контролира синтеза на ензим и формулират принципа на „един ген – един ензим” .

Въпреки това, още през 1961 г., F. Jacob, J. L. Monod и A. Lvov успяха да дешифрират структурата на гена на E. coli и да проучат регулирането на неговата активност. За това откритие те са удостоени с Нобелова награда за физиология или медицина през 1965 г.

В процеса на изследване, в допълнение към структурните гени, които контролират развитието на определени черти, те успяха да идентифицират регулаторни, чиято основна функция е проявата на черти, кодирани от други гени.

Структура на прокариотен ген.Структурният ген на прокариотите има сложна структура, тъй като включва регулаторни региони и кодиращи последователности. Регулаторните региони включват промотора, оператора и терминатора. Промоутърнаречен регион на гена, към който е прикрепен ензимът РНК полимераза, който осигурява синтеза на иРНК по време на транскрипция. СЪС оператор, разположен между промотора и структурната последователност, може да се свърже репресорен протеин, което не позволява на РНК полимеразата да започне да чете наследствената информация от кодиращата последователност и само отстраняването му позволява да започне транскрипцията. Структурата на репресора обикновено е кодирана в регулаторен ген, разположен в друга част на хромозомата. Четенето на информация завършва в част от гена, т.е терминатор.

Последователност на кодиранеСтруктурният ген съдържа информация за аминокиселинната последователност на съответния протеин. Кодиращата последователност при прокариотите се нарича цистрономи съвкупността от кодиращи и регулаторни области на прокариотен ген - оперон. Като цяло, прокариотите, които включват Е. coli, имат относително малък брой гени, разположени върху една кръгова хромозома.

Цитоплазмата на прокариотите може също да съдържа допълнителни малки кръгли или отворени ДНК молекули, наречени плазмиди. Плазмидите могат да се интегрират в хромозомите и да се предават от една клетка в друга. Те могат да носят информация за полови характеристики, патогенност и антибиотична резистентност.

Структура на еукариотен ген.За разлика от прокариотите, еукариотните гени нямат оперонна структура, тъй като не съдържат оператор и всеки структурен ген е придружен само от промотор и терминатор. В допълнение, в еукариотните гени значителни региони ( екзони) редуват се с незначителни ( интрони), които се транскрибират напълно в иРНК и след това се изрязват по време на узряването им. Биологичната роля на интроните е да намалят вероятността от мутации в значителни региони. Регулирането на гените при еукариотите е много по-сложно от описаното за прокариотите.

Човешки геном. Във всяка човешка клетка 46-те хромозоми съдържат около 2 m ДНК, плътно опаковани в двойна спирала, която се състои от приблизително 3,2 $×$ 10 9 нуклеотидни двойки, което осигурява около 10 1900000000 възможни уникални комбинации. До края на 80-те години на ХХ век е известно местоположението на приблизително 1500 човешки гена, но общият им брой се оценява на приблизително 100 хиляди, тъй като хората имат приблизително 10 хиляди наследствени заболявания, да не говорим за броя на различни протеини съдържащи се в клетките.

През 1988 г. стартира международният проект за човешкия геном, който до началото на 21 век завърши с пълно декодиране на нуклеотидната последователност. Той направи възможно да се разбере, че двама различни хора имат 99,9% сходни нуклеотидни последователности и само останалите 0,1% определят нашата индивидуалност. Общо бяха открити около 30-40 хиляди структурни гени, но след това техният брой беше намален до 25-30 хиляди Сред тези гени има не само уникални, но и повторени стотици и хиляди пъти. Тези гени обаче кодират много по-голям брой протеини, например десетки хиляди защитни протеини - имуноглобулини.

97% от нашия геном е генетичен „боклук“, който съществува само защото може да се възпроизвежда добре (РНК, която се транскрибира в тези региони, никога не напуска ядрото). Например сред нашите гени има не само „човешки“ гени, но и 60% от гените, подобни на гените на мухата Drosophila, и до 99% от нашите гени са подобни на тези на шимпанзетата.

Успоредно с декодирането на генома се проведе и хромозомно картографиране, в резултат на което стана възможно не само да се открие, но и да се определи местоположението на някои гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целта на лекарствата гени.

Декодирането на човешкия геном все още не е дало пряк ефект, тъй като сме получили своеобразна инструкция за сглобяване на такъв сложен организъм като човек, но не сме се научили как да го произвеждаме или поне да коригираме грешки в него. Въпреки това ерата на молекулярната медицина вече е на прага; по целия свят се разработват така наречените генни препарати, които могат да блокират, изтрият или дори заменят патологични гени в живи хора, а не само в оплодена яйцеклетка.

Не трябва да забравяме, че в еукариотните клетки ДНК се съдържа не само в ядрото, но и в митохондриите и пластидите. За разлика от ядрения геном, организацията на гените в митохондриите и пластидите има много общо с организацията на прокариотния геном. Въпреки факта, че тези органели носят по-малко от 1% от наследствената информация на клетката и дори не кодират пълния набор от протеини, необходими за собственото им функциониране, те са в състояние значително да повлияят на някои от характеристиките на тялото. По този начин разнообразието в растенията от хлорофитум, бръшлян и други се наследява от малък брой потомци дори при кръстосване на две пъстри растения. Това се дължи на факта, че пластидите и митохондриите се предават предимно с цитоплазмата на яйцето, поради което такава наследственост се нарича майчина или цитоплазмена, за разлика от генотипната, която е локализирана в ядрото.

ТЕОРЕТИЧЕН МАТЕРИАЛ

БИОЛОГИЯТА КАТО НАУКА. МЕТОДИ НА БИОЛОГИЯТА

Биология - науката за живота, неговите модели и форми на проявление, неговото съществуване и разпространение във времето и пространството. Тя изследва произхода на живота и неговата същност, развитие, взаимовръзки и разнообразие. Биологията принадлежи към природните науки.

Терминът "биология" е използван за първи път от немския професор по анатомия Т. Руз през 1779 г. Въпреки това, той става общоприет през 1802 г., след като френският натуралист Ж.-Б. започва да го използва в своите трудове. Ламарк.

Съвременната биология е комплексна наука, състояща се от редица независими научни дисциплини със собствени обекти на изследване.

БИОЛОГИЧНИ ДИСЦИПЛИНИ

Ботаника- растителна наука,

Зоология- животновъдство,

Микология- за гъбите,

Вирусология- за вирусите,

микробиология- за бактериите.

Анатомия- наука, която изучава вътрешната структура на организмите (отделни органи, тъкани). Анатомията на растенията изучава структурата на растенията, анатомията на животните изучава структурата на животните.

Морфология- наука, която изучава външния строеж на организмите

Физиология- наука, която изучава жизнените процеси в организма и функциите на отделните органи.

хигиена- наука за запазване и укрепване на човешкото здраве.

Цитология- клетъчна наука.

Хистология- наука за тъканите.

Таксономия- науката за класифицирането на живите организми. Класификацията е разделянето на организмите на групи (видове, родове, семейства и др.) въз основа на структурни особености, произход, развитие и др.

Палеонтология- наука, която изучава фосилните останки (отпечатъци, фосили и др.) на организми.

Ембриология- науката, която изучава индивидуалното (ембрионалното) развитие на организмите.

Екология- наука, която изучава взаимоотношенията на организмите помежду си и с околната среда.

Етология- наука за поведението на животните.

Генетика- наука за законите на наследствеността и изменчивостта.

Избор- наука за отглеждане на нови и подобряване на съществуващи породи домашни животни, сортове култивирани растения и щамове бактерии и гъбички.

Еволюционна доктрина- изучава произхода и закономерностите на историческото развитие на живота на Земята.

Антропология- наука за появата и развитието на човека.

Клетъчно инженерство- клон на науката, занимаващ се с производството на хибридни клетки. Пример за това е хибридизацията на ракови клетки и лимфоцити, сливането на протопласти на различни растителни клетки и клонирането.

Генното инженерство- клон на науката, който се занимава с производството на хибридни ДНК или РНК молекули. Ако клетъчното инженерство работи на клетъчно ниво, то генното инженерство работи на молекулярно ниво. В този случай специалистите „трансплантират“ гените на един организъм в друг. Един от резултатите на генното инженерство е производството на генетично модифицирани организми (ГМО).

бионика- направление в науката, което търси възможности за прилагане на принципите на организация, свойства и структури на живата природа в технически устройства.

Биотехнология- дисциплина, която изучава възможностите за използване на организми или биологични процеси за получаване на вещества, необходими на хората. Обикновено биотехнологичните процеси използват бактерии и гъбички.

ОБЩИ МЕТОДИ НА БИОЛОГИЯТА

Методът е начин за разбиране на реалността.

1. Наблюдение и описание.

2. Измерване

3. Сравнение

4. Експеримент или опит

5. Симулация

6. Исторически.

ЕТАПИ НА НАУЧНОТО ИЗСЛЕДВАНЕ

Държани наблюдениевърху обект или явление

въз основа на получените данни се предлага хипотеза

научен експеримент(с контрол опит)

може да се нарече хипотеза, проверена по време на експеримент
теорияили по закон

СВОЙСТВА НА ЖИВОТО

Метаболизъм и енергиен поток- най-важното свойство на живите същества. Всички живи организми абсорбират необходимите им вещества от външната среда и отделят отпадъчни продукти в нея.

Единство на химичния състав.Сред химичните елементи в живите организми преобладават въглеродът, кислородът, водородът и азотът. В допълнение, най-важната характеристика на живите организми е наличието на органични вещества: мазнини, въглехидрати, протеини и нуклеинови киселини.

Клетъчна структура.Всички организми са изградени от клетки. Само вирусите имат неклетъчна структура, но те също показват признаци, че са живи едва след като влязат в клетката гостоприемник.

раздразнителност- способността на тялото да реагира на външни или вътрешни влияния.

Самовъзпроизвеждане.Всички живи организми са способни да се размножават, т.е. да възпроизвеждат себеподобни. Възпроизвеждането на организмите става в съответствие с генетичната програма, записана в ДНК молекулите.

Наследственост и изменчивост.

Наследствеността е способността на организмите да предават характеристиките си на своите потомци. Наследствеността осигурява непрекъснатост на живота. Изменчивостта е способността на организмите да придобиват нови характеристики в процеса на своето развитие. Наследствената изменчивост е важен фактор в еволюцията.

Растеж и развитие.

Растеж - количествени промени (например увеличаване на масата).

Развитие - качествени промени (например образуване на системи от органи, цъфтеж и плод).

Саморегулация -способността на организмите да поддържат постоянството на своя химичен състав и жизнени процеси - хомеостаза.

Адаптация

ритъм -периодични промени в интензивността на физиологичните функции с различни периоди на колебания (дневни, сезонни ритми). (Например фотопериодизмът е реакцията на тялото към продължителността на светлата част на деня).

Нива на организация на живота

Номер ниво	Име	Какво е представено от
	Биосфера	Съвкупността от всички екосистеми планети
	Екосистема (биогеоценотичен)	Система от различни популации видове във връзката им помежду си и с околната среда	Савана, тундра
	Население- видове	Съвкупността от популации формиращи видове	бели мечки, сини китове
	Организъм	Тялото като цялостна система	Бактерии, маймуна
	Клетъчен	Клетката и нейните структурни компоненти	Червени кръвни клетки, митохондрии, хлоропласти
	Молекулярна	Органични и неорганични вещества	Протеини, въглехидрати; Вода, солни йони

Тестови задачи във формат OGE

Коя наука изучава сортовото разнообразие на растенията?

1)физиология 2)систематика 3)екология 4)селекция

2. Можете да разберете дали светлината е необходима за образуването на нишесте в листата, като използвате

1) описания на растителни органи 2) сравнения на растения от различни природни зони

3) наблюдения върху растежа на растенията 4) експеримент за фотосинтеза

3. В коя област на биологията е разработена клетъчната теория?

1) вирусология 2) цитология 3) анатомия 4) ембриология

4. За да разделите клетъчните органели по плътност, ще изберете метод

1) наблюдение 2) хроматография 3) центрофугиране 4) изпаряване

5. Снимката показва модел на ДНК фрагмент. Какъв метод позволи на учените да създадат такова триизмерно изображение на молекула?

1) класификация 2) експеримент 3) наблюдение 4) моделиране

6. Снимката показва ДНК фрагмент от топка и пръчка. Какъв метод позволи на учените да създадат такова триизмерно изображение на молекула?

класификация 2) експеримент 3) наблюдение 4) моделиране

7. Използването на кой научен метод илюстрира сюжета на картината на холандския художник J. Steen „Пулс“, написана в средата на 17 век?

1) моделиране 2) измерване 3) експеримент 4) наблюдение

8. Разгледайте графиката, отразяваща процеса на растеж и развитие на насекомото.

Определете дължината на насекомото на 30-ия ден от неговото развитие.

1) 3,4 2) 2,8 3) 2,5 4) 2,0

9. Кой от изброените учени се смята за създател на учението за еволюцията?

1) И.И. Мечников 2) Л. Пастьор 3) Ч. Дарвин 4) И.П. Павлова

10. Коя наука изучава сортовото разнообразие на растенията?

1) физиология 2) таксономия 3) екология 4) селекция

11. Изберете двойка животни, чиито експерименти са довели до големи открития във физиологията на животните и човека.

1) кон и крава 2) пчела и пеперуда 3) куче и жаба 4) гущер и гълъб

12. В коя област на биологията е разработена клетъчната теория?

1) вирусология 2) цитология 3) анатомия 4) ембриология

13. Можете точно да определите степента на влияние на торовете върху растежа на растенията, като използвате метода

1) експеримент 2) моделиране 3) анализ 4) наблюдение

14. Пример за прилагане на експериментален метод на изследване е

1) описание на структурата на нов растителен организъм

2) сравнение на два микрослайда с различни тъкани

3) броене на пулса на човек преди и след тренировка

4) формулиране на позиция въз основа на получените факти

15. Един микробиолог искаше да разбере колко бързо се размножават един вид бактерии в различни хранителни среди. Той взе две колби, напълни ги наполовина с различни хранителни среди и постави приблизително еднакъв брой бактерии в тях. На всеки 20 минути той изважда проби и преброява броя на бактериите в тях. Данните от неговите изследвания са отразени в таблицата.

Разгледайте таблицата „Промяна в скоростта на размножаване на бактериите за определено време“ и отговорете на въпросите.

Промяна в скоростта на бактериална репродукция за определено време

Време след въвеждане на бактерии в културата, мин.	Брой бактерии в колба 1	Брой бактерии в колба 2

1) Колко бактерии е поставил ученият във всяка колба в самото начало на експеримента?

2) Как се промени скоростта на размножаване на бактериите по време на експеримента във всяка колба?

3) Как можем да обясним получените резултати?

Литература

Каменски А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Обща биология 9. клас: учебник. за образователни институции. М.: Дропла, 2013.

Заяц Р.Г., Рачковская И.В., Бутиловски В.Е., Давидов В.В. Биология за кандидати: въпроси, отговори, тестове, задачи - Минск: Unipress, 2011. - 768 с.

„Ще реша OGE“: биология. Система за обучение на Дмитрий Гушчин [Електронен ресурс] - URL: http:// oge.sdamgia.ru

A1 РОЛЯТА НА БИОЛОГИЯТА ВЪВ ФОРМИРАНЕТО НА СЪВРЕМЕННА ПРИРОДОНАУЧНА КАРТИНА НА СВЕТА, В ПРАКТИЧЕСКАТА ДЕЙНОСТ НА ХОРАТА.

Блок 1. Биологията като наука. Методи на научното познание 1.1. Биологията като наука, нейните постижения, методи за познаване на живата природа. Ролята на биологията във формирането на съвременната природонаучна картина на света. Биологията като наука Биологията (от гръцки bios - живот, logos - дума, наука) е комплекс от науки за живата природа. Предмет на биологията са всички прояви на живота: структурата и функциите на живите същества, тяхното разнообразие, произход и развитие, както и взаимодействието с околната среда. Основната задача на биологията като наука е да тълкува всички явления на живата природа на научна основа, като се има предвид, че целият организъм има свойства, коренно различни от неговите компоненти. Терминът "биология" се среща в трудовете на немските анатоми Т. Руз (1779) и К.-Ф. Burdach (1800), но едва през 1802 г. за първи път е използван самостоятелно от J.-B. Ламарк и Г.-Р. Treviranus за обозначаване на науката, която изучава живите организми. Биологични науки Понастоящем биологията включва редица науки, които могат да бъдат систематизирани по следните критерии: по предмет и преобладаващи методи на изследване и по ниво на организация на изучаваната жива природа. Според предмета на изучаване биологичните науки се делят на бактериология, ботаника, вирусология, зоология и микология. Ботаника е биологична наука, която изчерпателно изучава растенията и растителната покривка на Земята. Зоология - клон на биологията, наука за разнообразието, структурата, жизнената дейност, разпространението и връзката на животните с тяхната среда, техния произход и развитие. Бактериология - биологична наука, която изучава структурата и дейността на бактериите, както и тяхната роля в природата. Вирусология - биологична наука, която изучава вирусите. Основният обект на микологията са гъбите, тяхната структура и характеристики на живота. Лихенология - биологична наука, която изучава лишеите. Бактериологията, вирусологията и някои аспекти на микологията често се разглеждат като част от микробиологията - клон на биологията, науката за микроорганизмите (бактерии, вируси и микроскопични гъби). Систематика или таксономия , е биологична наука, която описва и класифицира в групи всички живи и изчезнали същества. От своя страна всяка от изброените биологични науки се дели на биохимия, морфология, анатомия, физиология, ембриология, генетика и систематика (растения, животни или микроорганизми). Биохимия е наука за химичния състав на живата материя, химичните процеси, протичащи в живите организми и лежащи в основата на тяхната жизнена дейност. Морфология - биологична наука, която изучава формата и структурата на организмите, както и моделите на тяхното развитие. В широк смисъл включва цитология, анатомия, хистология и ембриология. Разграничаване на морфологията на животните и растенията. Анатомия е клон на биологията (по-точно морфология), наука, която изучава вътрешната структура и форма на отделни органи, системи и организма като цяло. Анатомията на растенията се счита за част от ботаниката, анатомията на животните се счита за част от зоологията, а анатомията на човека е отделна наука. Физиология - биологична наука, която изучава жизнените процеси на растителни и животински организми, техните отделни системи, органи, тъкани и клетки. Има физиология на растенията, животните и човека. Ембриология (биология на развитието) - клон на биологията, наука за индивидуалното развитие на организма, включително развитието на ембриона. Обект на генетиката са закономерностите на наследствеността и изменчивостта . В момента тя е една от най-динамично развиващите се биологични науки. Според нивото на организация на изучаваната жива природа се разграничават молекулярна биология, цитология, хистология, органология, биология на организмите и суперорганизмови системи. Молекулярна биология е един от най-младите клонове на биологията, наука, която изучава по-специално организацията на наследствената информация и биосинтезата на протеини. Цитология или клетъчна биология , е биологична наука, чийто обект на изследване са клетките както на едноклетъчните, така и на многоклетъчните организми. Хистология - биологична наука, клон на морфологията, чийто обект е структурата на тъканите на растенията и животните. Областта на органологията включва морфологията, анатомията и физиологията на различни органи и техните системи . Биологията на организма включва всички науки, които се занимават с живи организми, напр.етология - наука за поведението на организмите. Биологията на надорганизмовите системи се разделя на биогеография и екология. Разпределението на живите организми се изучава от биогеографията, докато екологията изучава организацията и функционирането на надорганизмови системи на различни нива: популации, биоценози (съобщества), биогеоценози (екосистеми) и биосфера. Според преобладаващите методи на изследване могат да се разграничат описателна (например морфология), експериментална (например физиология) и теоретична биология. Идентифицирането и обяснението на моделите на структурата, функционирането и развитието на живата природа на различни нива на нейната организация е задача на общата биология. Включва биохимия, молекулярна биология, цитология, ембриология, генетика, екология, еволюционна наука и антропология. Еволюционното учение изучава причините, движещите сили, механизмите и общите модели на еволюцията на живите организми. Един от разделите му епалеонтология - наука, чийто предмет са изкопаемите останки от живи организми. Антропология - раздел на общата биология, науката за произхода и развитието на човека като биологичен вид, както и за разнообразието на съвременните човешки популации и моделите на тяхното взаимодействие. Приложните аспекти на биологията са включени в областта на биотехнологиите, развъждането и други бързо развиващи се науки. Биотехнология е биологичната наука, която изучава използването на живи организми и биологични процеси в производството. Намира широко приложение в хранително-вкусовата (пекарство, сирене, пивоварство и др.) и фармацевтичната промишленост (производство на антибиотици, витамини), за пречистване на вода и др. Избор - наука за методите за създаване на породи домашни животни, сортове култивирани растения и щамове микроорганизми с необходимите за хората свойства. Подборът се разбира и като процес на промяна на живите организми, извършван от хората за техните нужди. Напредъкът на биологията е тясно свързан с успехите на други природни и точни науки, като физика, химия, математика, компютърни науки и др. Например микроскопията, ултразвукът (ултразвукът), томографията и други методи на биологията се основават на физически закони и изследването на структурата на биологичните молекули и процесите, протичащи в живите системи, би било невъзможно без използването на химични и физични методи. Използването на математически методи позволява, от една страна, да се установи наличието на естествена връзка между обекти или явления, да се потвърди надеждността на получените резултати, а от друга страна, да се моделира явление или процес. Напоследък компютърните методи, като моделирането, стават все по-важни в биологията. На пресечната точка на биологията и други науки възникват редица нови науки като биофизика, биохимия, бионика и др. БИОЛОГИЧНИ НАУКИ Към групата общобиологични науки включва:	Към групата частни биологични науки бяха обединени:
- цитология – клетъчна наука - хистология - наука за тъканите (групи от клетки) - таксономия - научна дисциплина, чиито задачи включват разработване на принципи за класификация на живите организми; - ембриология - модели на индивидуално развитие на организмите, развитие на ембриона. - морфология – науката, която изучава външната и вътрешната структура на живия организъм; - физиология - наука за закономерностите на протичане на жизнените процеси в организма; - екология - науката за взаимоотношенията на живите организми и техните общности помежду си и с околната среда; - етология - наука за поведението на животните - генетика - наука за законите и механизмите на наследствеността и изменчивостта; - еволюционно учение , или еволюционна наука, е система от идеи и концепции в биологията, които утвърждават историческото прогресивно развитие на биосферата - палеонтология – наука за изчезналите организми	1) микробиология - науката за микроорганизмите: бактерии, микроскопични гъби и водорасли, протозои и вируси; 2) ботаника – растениевъдство; микология (наука за гъбите), алгология (наука за водораслите), бриология (наука за мъховете) -3) зоология - наука, чийто предмет на изследване са представители на животинското царство; - антропология – набор от дисциплини, участващи в изучаването на човека.
	Към групата интегрирани биологични науки бяха обединени:
	- биотехнология - набор от индустриални методи, които позволяват използването на живи организми и техните части за производство на продукти - селекция - науката за методите за създаване на сортове растения, породи животни и щамове микроорганизми с характеристиките, необходими на хората. - имунология – науката за имунната (защитната) система на тялото

Постиженията на биологията

Най-важните събития в областта на биологията, които повлияха на целия ход на нейното по-нататъшно развитие, са:

Установяване на молекулярната структура на ДНК и нейната роля в предаването на информация в живата материя (Ф. Крик, Дж. Уотсън, М. Уилкинс);

Декодиране на генетичния код (Р. Холи, Х.-Г. Корана, М. Ниренберг);

Откриване на генната структура и генетичната регулация на протеиновия синтез (A.M. Lvov, F. Jacob, J.-L. Monod и др.);

Формулиране на клетъчната теория (M. Schleiden, T. Schwann, R. Virchow, K. Baer);

Изследване на моделите на наследствеността и променливостта (G. Mendel, G. de Vries, T. Morgan и др.);

Формулиране на принципите на съвременната систематика (C. Linnaeus), еволюционната теория (C. Darwin) и учението за биосферата (V.I. Vernadsky).

„луда крава“ (приони).

Работата по програмата „Човешки геном“, която се провеждаше едновременно в няколко страни и беше завършена в началото на този век, ни доведе до разбирането, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информацията от повечето ни ДНК не се чете никога, тъй като съдържа огромен брой региони и гени, кодиращи черти, които са загубили значение за хората (опашка, окосмяване по тялото и др.). Освен това са дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целеви гени за лекарства. Практическото прилагане на резултатите, получени по време на изпълнението на тази програма, обаче се отлага, докато не бъдат разшифровани геномите на значителен брой хора и тогава ще стане ясно какви са техните различия. Тези цели са поставени пред редица водещи лаборатории по света, работещи по внедряването на програмата ENCODE.

Най-голямо значение сред постиженията на биологията има фактът, че те дори формират основата за изграждане на невронни мрежи и генетичен код в компютърните технологии, а също така се използват широко в архитектурата и други индустрии. Без съмнение 21-ви век е векът на биологията.
Като всяка друга наука, биологията има свой собствен арсенал от методи. В допълнение към научния метод на познание, използван в други области, в биологията широко се използват методи като исторически, сравнително-описателен и др.

Ролята на биологията във формирането на съвременната природонаучна картина на света

На етапа на своето формиране биологията все още не съществува отделно от другите природни науки и се ограничава само до наблюдение, изучаване, описание и класификация на представители на животинския и растителния свят, т.е. тя е описателна наука. Това обаче не попречи на древните натуралисти Хипократ (ок. 460-377 г. пр. н. е.), Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) и Теофраст (истинско име Тиртам, 372-287 г. пр. н. е.) да дадат значителен принос в развитието на представи за структурата на човешкото тяло и животните, както и за биологичното разнообразие на животните и растенията, като по този начин полага основите на човешката анатомия и физиология, зоология и ботаника.

Задълбочаването на знанията за живата природа и систематизирането на натрупаните преди това факти, настъпили през 16-18 век, завършват с въвеждането на двоична номенклатура и създаването на хармонична таксономия на растенията (C. Linnaeus) и животните (J. -Б.Ламарк).

Описанието на значителен брой видове с подобни морфологични характеристики, както и палеонтологичните находки станаха предпоставка за развитието на идеи за произхода на видовете и пътищата на историческото развитие на органичния свят. Така експериментите на Ф. Реди, Л. Спаланцани и Л. Пастьор през 17-19 век опровергават хипотезата за спонтанното зараждане, изложена от Аристотел и преобладаваща през Средновековието, и теорията за биохимичната еволюция на А. И. Опарин и Дж. Халдейн, блестящо потвърден от С. Милър и Г. Юри, ни позволи да отговорим на въпроса за произхода на всички живи същества.

Ако самият процес на възникване на живите същества от неживи компоненти и неговата еволюция сами по себе си вече не предизвикват съмнения, то механизмите, пътищата и посоките на историческото развитие на органичния свят все още не са напълно разбрани, тъй като нито едно от двете две основни конкуриращи се теории за еволюцията (синтетичната теория за еволюцията, създадена въз основа на теорията на Чарлз Дарвин и теорията на Ж.-Б. Ламарк) все още не могат да предоставят изчерпателни доказателства.

Използването на микроскопия и други методи на сродните науки, поради напредъка в областта на други природни науки, както и въвеждането на експерименталната практика, позволи на немските учени Т. Шван и М. Шлейден да формулират клетъчна теория още през 19 век, по-късно допълнен от Р. Вирхов и К. Баер. Това се превърна в най-важното обобщение в биологията, което формира крайъгълния камък на съвременните идеи за единството на органичния свят.

Откриването на модели на предаване на наследствена информация от чешкия монах Г. Мендел послужи като тласък за по-нататъшното бързо развитие на биологията през 20-21 век и доведе не само до откриването на универсалния носител на наследствеността - ДНК, но и също и генетичния код, както и фундаменталните механизми за контрол, четене и променливост на наследствената информация.

Развитието на идеите за околната среда доведе до появата на такава наука като екология и формулирането на учението за биосферата като сложна многокомпонентна планетарна система от взаимосвързани огромни биологични комплекси, както и химични и геоложки процеси, протичащи на Земята (V.I. Vernadsky), което в крайна сметка позволява, поне в малка степен, да се намалят негативните последици от човешката икономическа дейност.
По този начин биологията играе важна роля във формирането на съвременната природонаучна картина на света.

УЧЕНИ – БИОЛОЗИ

У. Харви откри механизма на кръвообращението; направил микроскоп и положил основите на съвременната анатомия и физиология;

Р.Хук описва клетъчната структура на корк (растение); въвежда термина „клетка“;

А. Левенгук наблюдавани под микроскоп (увеличение 300 пъти) протозои, бактерии, сперма;

К. Баер наблюдава яйцеклетката на бозайниците;

Р.Браун откри клетъчното ядро;

К. Линей създаде система за класификация на растенията и животните;

Т. Шван, М. Шлейден независимо формулира клетъчната теория,

Р. Вирхов създава доктрината за клетъчната патология, въвежда постулата: „всяка клетка е от клетка“;

Ч. Дарвин създаде еволюционна теория;

Г. Мендел откри закона за наследяване на признаците, което допринесе за раждането на генетиката като наука;

Л. Пастьор открива принципа на ваксините, поставя основите на микробиологията и имунологията;

Чарлз Дарвин създадоха холистична теория за еволюцията чрез естествен подбор.

И. Мечников формулира фагоцитната теория,

И. Павлов – учението за рефлекса

А. Хумболт изучава взаимодействието на организмите с околната среда и зависимостта му от географията

К. Ландщайнер открива човешки кръвни групи

Грегор Мендел , законите на генетиката

Дж. Уотсън и Ф. Крик дешифрирани ДНК структури

В.И.Вернадски за връзките между живите организми и неживата природа (учението за биосферата).

МЕТОДИ НА БИОЛОГИЧНИТЕ НАУКИ

Най-често срещаните методи за изучаване на биологията са:

наблюдение (позволява ви да опишете биологични явления),

сравнение (дава възможност да се намерят общи модели в структурата и функционирането на различни организми),

експеримент или опит, моделиране (помага за изучаване на свойствата на биологични обекти при контролирани условия; симулират се много процеси, които са недостъпни за пряко наблюдение или експериментално възпроизвеждане),

исторически метод (позволява въз основа на данни за съвременния органичен свят и неговото минало да се разберат процесите на развитие на живата природа)

Научният метод е набор от основни методи за получаване на нови знания и методи за решаване на проблеми в рамките на всяка наука.

Научният метод включва определен систематичен подход:

Наблюдаването на фактите и тяхното измерване, т.е. описание на наблюдението - количествено и/или качествено.

Научният метод на познание включва наблюдение, формулиране на хипотези, експеримент, моделиране, анализ на резултатите и извеждане на общи закономерности (фиг. 1.).

Ориз. 1. Схематично представяне на научноизследователския метод

Наблюдение

Наблюдение - това е целенасоченото възприемане на предмети и явления с помощта на сетивата или инструментите, определени от задачата на дейността.

Основното условие за научно наблюдение е неговата обективност, т.е. възможността за проверка на данните, получени чрез многократно наблюдение или използване на други изследователски методи, като експеримент. Фактите, получени в резултат на наблюдение, се наричат ​​данни. Те могат да бъдат или качествени (описващи мирис, вкус, цвят, форма и т.н.), или количествени, а количествените данни са по-точни от качествените.

Анализ на получените резултати - систематизиране, идентифициране на основното и второстепенното.

Обобщение - формулиране на хипотези и след това - теории.

Прогноза: формулиране на следствия от предложена хипотеза или приета теория с помощта на дедукция, индукция или други логически методи.

Проверка на прогнозираните последствия чрез експеримент.

Обърнете внимание на 5-та точка. Без него подходът не може да се счита за научен!

Важно е да се разбере разликата между понятията хипотеза и теория.

Въз основа на данни от наблюдения се формулирахипотеза - предполагаема преценка за естествената връзка на явленията. Хипотезата се тества в серия от експерименти. Експериментът е научно проведен експеримент, наблюдение на явлението, което се изучава при контролирани условия, което позволява да се идентифицират характеристиките на даден обект или явление. Най-висшата форма на експеримент е моделирането - изследването на всякакви явления, процеси или системи от обекти чрез конструиране и изучаване на техните модели.Хипотезата е твърдение, предположение, което все още не е доказано.

Експерименталните и симулационни резултати подлежат на внимателен анализ. Анализът е метод на научно изследване чрез разлагане на обект на неговите съставни части или мислено разчленяване на обект чрез логическа абстракция.

Когадокажете хипотезата , тя ставатеория , теорема или факт . Опровергана хипотеза влиза в категориятаневерни твърдения . Хипотеза, която все още не е доказана , но неопровергано, се наричаоткрит проблем .

Теория - система от знания, изградена върху научно доказана хипотеза.

Теорията се разбира като форма на научно познание, която дава цялостна представа за моделите и съществените връзки на реалността.

Общата насока на научните изследвания е да се постигнат по-високи нива на предвидимост. Ако никакви факти не могат да променят една теория, а възникващите отклонения от нея са закономерни и предсказуеми, то тя може да бъде издигната в ранг на закон - необходима, съществена, устойчива, повтаряща се връзка между явленията в природата.

С нарастването на обема от знания и подобряването на методите на изследване хипотезите и дори добре установените теории могат да бъдат оспорени, модифицирани и дори отхвърлени, тъй като самото научно познание е динамично по природа и постоянно подлежи на критично повторно тълкуване.

Биологичен експеримент

Качествен експеримент - най-простият вид биологичен експеримент - целта му е да установи наличието или отсъствието на предполагаемото в теорията явление.

Измервателен експеримент - идентифициране на някаква количествена характеристика на обект или процес.

Устройството на светлинен микроскоп. Светлинният микроскоп се състои от оптични и механични части. Оптичните части участват в конструирането на изображение, а механичните части се използват за лесна употреба на оптичните части.
Общото увеличение на микроскопа се определя по формулата:
Увеличение на обектива x увеличение на окуляра = увеличение на микроскопа.
Например, ако лещата увеличава обекта 8 пъти, а окулярът 7 пъти, тогава общото увеличение на микроскопа е 56.

Наблюдение, описание и измерване на биологични обекти

Статистически измервания - измервания на величини, които не се променят във времето.

Динамични измервания - измервания на величини, които променят стойността си във времето (налягане, температура, гъстота на населението и др.)

Методите за изследване в науката са доста разнообразни, но всички те се основават на научни методи на познание, които се различават по определен подход.

Познаването на тази информация помага да се отделят действителните научни изследвания от различни широко разпространени псевдонаучни експерименти.

Исторически метод

Историческият метод разкрива закономерностите на появата и развитието на организмите, формирането на тяхната структура и функция. В редица случаи с помощта на този метод хипотези и теории, които преди са били считани за неверни, придобиват нов живот.
Сравнително-описателният метод включва извършване на анатомичен и морфологичен анализ на обектите на изследване. Той е в основата на класификацията на организмите, идентифицирайки моделите на възникване и развитие на различни форми на живот.

Мониторингът е система от мерки за наблюдение, оценка и прогнозиране на промените в състоянието на обекта, който се изследва, по-специално биосферата.
Провеждането на наблюдения и експерименти често изисква използването на специално оборудване, като микроскопи, центрофуги, спектрофотометри и др.

Микроскопията се използва широко в зоологията, ботаниката, човешката анатомия, хистологията, цитологията, генетиката, ембриологията, палеонтологията, екологията и други клонове на биологията. Тя ви позволява да изучавате фината структура на обектите с помощта на светлинни, електронни, рентгенови и други видове микроскопи.

Диференциалното центрофугиране или фракциониране дава възможност за разделяне на частиците според техния размер и плътност под въздействието на центробежна сила, която се използва активно при изучаване на структурата на биологичните молекули и клетки.
Арсеналът от биологични методи непрекъснато се актуализира и в момента е почти невъзможно да се покрие напълно. Ето защо някои методи, използвани в отделните биологични науки, ще бъдат обсъдени по-долу.

Срок "биология"се образува от две гръцки думи “bios” – живот и “logos” – знание, учение, наука. Оттук и класическото определение на биологията като наука, която изучава живота във всичките му проявления.

Биологияизследва многообразието от съществуващи и изчезнали живи същества, тяхната структура, функции, произход, еволюция, разпространение и индивидуално развитие, връзки помежду си, между общности и с неживата природа.

Биологияразглежда общи и частни модели, присъщи на живота във всичките му проявления и свойства: метаболизъм, възпроизводство, наследственост, променливост, адаптивност, растеж, развитие, раздразнителност, подвижност и др.

Методи на изследване в биологията

1. Наблюдение- най-простият и достъпен метод. Например можете да наблюдавате сезонните промени в природата, в живота на растенията и животните, поведението на животните и др.
2. Описаниебиологични обекти (устно или писмено описание).
3. Сравнение– намиране на прилики и разлики между организми, използвани в таксономията.
4. Експериментален метод(в лабораторни или естествени условия) – биологични изследвания с помощта на различни инструменти и методи на физиката и химията.
5. Микроскопия– изследване на структурата на клетките и клетъчните структури с помощта на светлинен и електронен микроскоп. Светлинни микроскопи ви позволяват да видите формите и размерите на клетките и отделните органели. Електронен – малки структури от отделни органели.
6. Биохимичен метод- изследване на химичния състав на клетките и тъканите на живите организми.
7. Цитогенетичен– метод за изследване на хромозомите под микроскоп. Можете да откриете геномни мутации (например синдром на Даун), хромозомни мутации (промени във формата и размера на хромозомите).
8. Ултрацентрофугиране- изолиране на отделни клетъчни структури (органели) и тяхното по-нататъшно изследване.
9. Исторически метод– сравнение на получените факти с предварително получени резултати.
10. Моделиране– създаване на различни модели на процеси, структури, екосистеми и др. за да се предвидят промените.
11. Хибридологичен метод– методът на кръстосване, основният метод за изследване на моделите на наследствеността.
12. Генеалогичен метод– метод за съставяне на родословия, използван за определяне на типа на унаследяване на даден признак.
13. Двойен метод– метод, който ви позволява да определите дела на влиянието на факторите на околната среда върху развитието на чертите. Отнася се за еднояйчни близнаци.

Връзка на биологията с други науки.

Разнообразието на живата природа е толкова голямо, че съвременната биология трябва да се представя като комплекс от науки. Биологията е в основата на такива науки като медицина, екология, генетика, селекция, ботаника, зоология, анатомия, физиология, микробиология, ембриология и др. Биологията, заедно с други науки, формира такива науки като биофизика, биохимия, бионика, геоботаника, зоогеография и др. Във връзка с бързото развитие на науката и технологиите се появяват нови направления в изучаването на живите организми и нови науки се появяват свързани с биологията. Това още веднъж доказва, че живият свят е многостранен и сложен и тясно свързан с неживата природа.

Основни биологични науки - обекти на тяхното изучаване

1. Анатомията е външната и вътрешната структура на организмите.
2. Физиология – жизнени процеси.
3. Медицина - болести на човека, причини и методи на лечение.
4. Екология – взаимоотношения между организмите в природата, закономерности на процесите в екосистемите.
5. Генетика - законите на наследствеността и изменчивостта.
6. Цитологията е наука за клетките (структура, жизнена дейност и др.).
7. Биохимия – биохимични процеси в живите организми.
8. Биофизика – физични явления в живите организми.
9. Селекцията е създаване на нови и подобряване на съществуващи сортове, породи, щамове.
10. Палеонтология – фосилни останки от древни организми.
11. Ембриология - развитие на ембриони.

Човек може да прилага знания в областта на биологията:

• за профилактика и лечение на заболявания
• при оказване на първа помощ жертви на катастрофи;
• в растениевъдството, животновъдството
• в екологични дейности, които допринасят за решаването на глобални екологични проблеми (знания за взаимовръзките на организмите в природата, за факторите, които влияят негативно върху състоянието на околната среда и др.) БИОЛОГИЯТА КАТО НАУКА

Признаци и свойства на живите същества:

1. Клетъчна структура.Клетката е единна структурна и функционална единица, както и единица на развитие на почти всички живи организми на Земята. Вирусите са изключение, но дори те проявяват живи свойства само когато са в клетка. Извън клетката не дават признаци на живот.

2. Единство на химичния състав.Живите същества са изградени от същите химични елементи като неживите същества, но в живите същества 90% от масата идва от четири елемента: S, O, N, N,които участват в образуването на сложни органични молекули, като протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди.

3. Метаболизмът и енергията са основните свойства на живите същества.Осъществява се в резултат на два взаимосвързани процеса: синтеза на органични вещества в тялото (поради външни източници на енергия от светлина и храна) и процеса на разграждане на сложни органични вещества с освобождаване на енергия, която след това се консумирани от тялото. Метаболизмът осигурява постоянството на химичния състав при непрекъснато променящи се условия на околната среда.

4. Откритост.Всички живи организми са отворени системи, т.е. системи, които са стабилни само ако получават непрекъсната енергия и материя от околната среда.

5. Самовъзпроизвеждане (възпроизвеждане).Способността за самовъзпроизвеждане е най-важното свойство на всички живи организми. Тя се основава на информация за структурата и функциите на всеки жив организъм, заложена в нуклеинови киселини и осигуряваща спецификата на структурата и жизнената дейност на живия организъм.

6. Саморегулация.Благодарение на механизмите на саморегулация се поддържа относителното постоянство на вътрешната среда на тялото, т.е. поддържат се постоянството на химичния състав и интензивността на физиологичните процеси - хомеостаза.

7. Развитие и растеж.В процеса на индивидуалното развитие (онтогенезата) постепенно и последователно се проявяват индивидуалните свойства на организма (развитие) и настъпва неговият растеж (увеличаване на размерите). Освен това всички живи системи се развиват - променят се по време на историческото развитие (филогенеза).

8. раздразнителност.Всеки жив организъм е способен да реагира на външни и вътрешни влияния.

9. Наследственост.Всички живи организми са способни да запазят и предадат основни характеристики на потомството.

10. Променливост.Всички живи организми са способни да се променят и да придобиват нови характеристики.

Основни нива на организация на живата природа

Цялата жива природа е сбор от биологични системи. Важни свойства на живите системи са многостепенната и йерархична организация. Частите на биологичните системи сами по себе си са системи, съставени от взаимосвързани части. На всяко ниво всяка биологична система е уникална и различна от другите системи.

Учените, въз основа на характеристиките на проявлението на свойствата на живите същества, са идентифицирали няколко нива на организация на живата природа:

1. Молекулярно ниво - представени от молекули на органични вещества (протеини, липиди, въглехидрати и др.), намиращи се в клетките. На молекулярно ниво могат да се изучават свойствата и структурата на биологичните молекули, тяхната роля в клетката, в живота на организма и т.н. Например удвояване на молекулата на ДНК, протеиновата структура и т.н.

2. Клетъчно ниво – представени от клетки. На клетъчно ниво започват да се проявяват свойствата и признаците на живите същества.На клетъчно ниво можете да изучавате структурата и функциите на клетките и клетъчните структури, процесите, протичащи в тях. Например движението на цитоплазмата, деленето на клетките, биосинтезата на протеини в рибозомите и т.н.

3. Органно-тъканно ниво – представени от тъкани и органи на многоклетъчни организми. На това ниво можете да изучавате структурата и функциите на тъканите и органите, процесите, протичащи в тях. Например свиване на сърцето, движение на вода и соли през съдовете и т.н.

4. Организмово ниво – представени от едноклетъчни и многоклетъчни организми. На това ниво организмът се изучава като цяло: неговата структура и жизнени функции, механизми на саморегулация на процесите, адаптиране към условията на живот и т.н.

5. Популационно-видово ниво– представени от популации, състоящи се от индивиди от един и същи вид, живеещи дълго време заедно на определена територия. Животът на един индивид е генетично обусловен и при благоприятни условия популацията може да съществува неограничено време. Тъй като на това ниво започват да действат движещите сили на еволюцията - борбата за съществуване, естественият подбор и др. На ниво популация-вид те изучават динамиката на броя на индивидите, възрастово-половия състав на популацията, еволюционния промени в населението и т.н.

6. Екосистемно ниво– представени от популации на различни видове, живеещи заедно на определена територия. На това ниво се изучават връзките между организмите и околната среда, условията, които определят продуктивността и устойчивостта на екосистемите, промените в екосистемите и т.н.

7. Биосферно ниво– най-висшата форма на организация на живата материя, обединяваща всички екосистеми на планетата. На това ниво се изучават процеси в мащаба на цялата планета - цикли на материята и енергията в природата, глобални екологични проблеми, промени в климата на Земята и др. В момента изучаването на влиянието на човека върху състоянието на биосферата с цел предотвратяването на глобална екологична криза е от първостепенно значение.